автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.07, диссертация на тему:Антенны и антенные системы для загоризонтных РЛС

На правах рукописи

НИКОЛАЕВ ВАЛЕНТИН АЛЕКСАНДРОВИЧ

АНТЕННЫ И АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАГОРИЗОНТНЫХ РЛС

Специальность 05.12.07 ~ Антенны, СВЧ устройства и их технологии

1 мдр 2012

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва-2012 г.

005015597

Работа выполнена на кафедре Антенных устройств и распространения радиоволн ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»

Защита состоится 29 марта 2012 г. в 15.30 на заседании диссертационного совета Д 212.157.05 при ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ» по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 17, аудитория А-402

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Учёный совет ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «НИУ МЭИ»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Сазонов Дмитрий Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Курочкин Александр Петрович, начальник отдела ОАО «Концерн радиостроения «Вега»

доктор технических наук, профессор Гусевский Владлен Ильич, главный научный сотрудник ОАО «ОКБ МЭИ»

доктор технических наук, профессор Шустов Эфир Иванович, генеральный директор ЗАО «НИЦ «Резонанс»

Ведущая организация: ОАО «Радиотехнический институт»

им. академика А.Л. Минца (г. Москва)

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.05 кандидат технических наук, доцент

Общая характеристика работы. Диссертация носит научно-практический характер и направлена на решение крупных научно-технических задач, имеющих большое народнохозяйственное значение. Она посвящена вопросам оптимального проектирования сверх-пшрокополосных передающих и приемных антенн и активных антенных систем КВ диапазона для загоризоптных РЛС пространственной и поверхностной (земной) волны. Оптимальность подразумевает получение наилучших технических характеристик при предельно сниженных материальных затратах. В основу предлагаемой методики по проектированию и созданию новых конструкций КВ антенных систем положены:

1) Обобщение опыта многолетних исследований автора, включая запатентованные и успешно реализованные технические решения.

2) Численные методы машинного моделирования с использованием сертифицированных математических моделей.

3) Полученные автором достаточно простые инженерные соотношения, позволяющие проектировать оптимальные АФУ.

Актуальность темы. Большинство эксплуатируемых в настоящее время РЛС работают в пределах прямой видимости и для своевременного обнаружения целей они должны располагаться вблизи границ, что затрудняет их защиту и обслуживание. Кроме того, в связи с небольшой дальностью действия таких РЛС, определяемой высотой антенн, их количество должно быть достаточно большим, чтобы закрыть все границы. Разумной альтернативой являются загоризонтные (ЗГ) РЛС, работающие в диапазоне коротких волн (КВ), т.е. на частотах от 3 до 30 МГц.

Само название загоризонтных РЛС говорит об их возможности обнаруживать цели за линией горизонта. При построении загоризонтных РЛС используется свойство отражения волн КВ диапазона от ионосферы - в случае загоризонтных РЛС пространственной волны или малые потери в морской поверхности - в случае загоризонтных РЛС поверхностной волны.

Благодаря использованию в загоризонтных РЛС волн КВ диапазона удается обнаруживать цели, выполненные с применением технологии «Стелсс».

Как правило, загоризонтные РЛС пространственной волны располагаются внутри страны и, следовательно, лучше защищены, а благодаря большой дальности действия 3500 км) и соответственно охвату значительных территорий, их количество может быть сведено до минимума - т.е. всего несколько РЛС на всю территорию страны. Поэтому, несмотря на достаточно высокую стоимость таких РЛС, актуальность создания загоризонтных РЛС сохраняется и по настоящее время. Кроме того, такие РЛС могут

использоваться и при сопровождении гражданских самолетов над малонаселенными территориями страны.

В случае загоризоптных РЛС поверхностной волны, располагаемых у морской поверхности и служащих для наблюдения за морскими объектами, дальность действия составляет -350 км. Эти РЛС могут широко использоваться и в мирных целях при геофизических исследованиях морей и океанов, что активно реализуется в последнее время.

При создании загоризонтных РЛС существенное значение имеют два обстоятельства. Во-первых, возможности ЗГ РЛС по дальности действия и точности определения координат наблюдаемых объектов напрямую зависят от таких параметров антенн как: ширина луча, коэффициент усиления, сектор обзора (сканирования ДН), полоса рабочих частот, согласование с передатчиком. Во вторых - поскольку загоризонг-ные РЛС работают в КБ диапазоне, то конструкции их антенн и антенных систем оказываются достаточно громоздкими, что и определяет их большую стоимость, которая в общей стоимости РЛС может достигать (40...50)%. Поэтому разработка и исследование новых принципов и схем построения оптимальных (с точки зрения материальных затрат) антенн и антенных систем для загоризонтных РЛС пространственной и поверхностной волны является актуальной задачей, имеющей большое народно-хозяйственное значение.

Еще одной особенностью антенп КВ диапазона является трудность измерения их внешних характеристик в условиях реальной местности. Для этих целей необходимо создание сложных и дорогостоящих л&гаых измерительных комплексов. При этом, в отличие от СВЧ антенн, не все характеристики КВ антенн можно измерить на их электродинамических моделях, поскольку масштаб моделирования оказывается очень большим и возникают трудности с практической реализацией таких моделей и их адекватностью с реальной антенной. Кроме того, исключается и возможность смоделировать влияние реальной почвы на внешние характеристики КВ антенн. Также не моделируется и влияние на характеристики приемных антенн внешних, атмосферных и галактических шумов.

Все перечисленные трудности создания подобных антенн и антенных систем выдвигают повышенные требования к их оптимальному проектированию. При этом практически единственным инструментом исследования подобных антенн является проведение численного моделирования с использованием компьютерных моделей.

В настоящее время отсутствует необходимая специальная литература, а также достаточно подробная и обоснованная методология оптимального проектирования

подобных антенных систем, что приводит, в ряде случаев, к неоправданно большим затратам и построению не всегда качественных изделий.

Решению задач оптимального проектирования новых КВ антенн и антенных систем для загоризонтных РЛС, а также ликвидации пробелов в специальной литературе и посвящена настоящая работа.

Целями диссертационной работы являются:

1) Разработка и исследование новых принципов построения оптимальных передающих и приемных сверхпшрокополосных антенн и активных антенных систем для загоризонтных РЛС пространственной и поверхностной волпы.

2) Разработка методологии их проектирования и исследования.

3) Реализация методологии проектирования в ряде новых запатентованных конкретных устройств.

Методика исследования. Общая методика исследований, в силу отмеченных выше экспериментальных трудностей, базируется, в основном, на процедуре численного моделирования.

Сравнительные исследования показали, что для этих целей наиболее подходящим является достаточно мощный сертифицированный программный комплекс ММАИА, разработанный японским программистом Макото. В программе ММАЫА используется ядро МШПЖС, в котором производится численное решение интегрального уравнения, составленного относительно токов, текущих в проводах антенны. Решение ищется в тонкопроволочном приближении с помощью метода моментов. Таким образом, антенны КВ диапазона, выполняемые, как правило, из тонких проводов (г„«Х), наиболее полно отвечают требованиям программы, что и позволяет получать результаты расчетов, хорошо совпадающие с экспериментальными данными.

В тех случаях, где не требуется учитывать влияние земли на характеристики антенн, исследования проводятся на физических моделях (макетах).

Научная новизна работы состоит в следующем:

- исследована и обоснована, предложенная автором, новая схема оптимального построения сверхширокополосных и сверхширокоугольных активных фазированных антенных решёток (АФАР) диапазона КВ, обеспечивающая наилучшие технические характеристики при максимально сниженных материальных затратах;

- исследована и обоснована, предложенная автором, новая схема построения сверхширокополосной активной антенной системы, позволяющая расширить в ~ 2 раза (с 40 %

до 80 %) полосу электронной перестройки частоты передатчиков (усилителей мощности) в передающей АФАР, либо приемников (приемных каналов) в приемной АФАР и, тем самым, повысить дееспособность РЛС;

- разработан и исследован, предложенный автором, новый алгоритм согласования по шумам в приемных антеннах КВ диапазона;

- разработана и исследована компьютерная модель для предложенной автором новой сверхпшрокополосной антенны КВ диапазона с управляемой поляризацией (Патент № 62740); результаты численного моделирования подтверждены экспериментом;

- разработана и исследовала компьютерная модель для новой сверхпгароко-полоспой антенны вертикальной поляризации, в которой используются симметричные, укороченные в ~ 2 раза вибраторы с Т-образными плечами (Патент № 93590);

- разработана и исследована компьютерная модель для предложенной автором новой сверхширокополосной совмещенной приемной антенной системы вертикальной поляризации для загоризонтных РЛС поверхностной волны;

- разработана и исследована компьютерная модель для предложенной автором новой сверхширокополосной совмещенной приемной антенной системы горизонтальной поляризации для загоризонтных РЛС пространственной волны;

- разработана и исследована компьютерная модель для предложенной автором повой сверхпшрокополосной передающей антенной системы горизонтальной поляризации для загоризонтных РЛС пространственной волны;

- разработана и исследована компьютерная модель для предложенной автором новой специфической антенны, устанавливаемой на геофизических ракетах (Авторское свидетельство № 1401534);

- разработала и исследована компьютерная модель для предложенной автором новой передающей антенны, устанавливаемой на специальный спутник Земли (Авторское свидетельство № 1302966).

Практическая цепность полученных в работе результатов заключается в следующем:

- с помощью предложенной и разработанной автором методики была спроектирована оптимальная сверхпшрокополосная передающая антенная система для загоризонт-ной РЛС пространственной волны и в Настоящее время завершается её строительство;

- ведется проектирование новой сверхширокополосной передающей антепной системы с использованием в ней предложенных автором новых сверхширокополосных малогабаритных излучателей и схемы двукратного расширения полосы электронной перестройки частоты;

- с помощью предложенной автором новой специальной приемной измерительной антенны для геофизических ракет, были проведены измерения высотного распределения электромагнитного поля, излучаемого передающим АФУ в загоризонтной РЛС пространственной волны;

- с помощью предложенной автором новой передающей антенной системы для специального спутника Земли, была проведена калибровка приемного АФУ в загоризонтной РЛС пространственной волны и проведено исследование характеристик распространения радиоволн КВ диапазона;

- большое количество публикаций по рассматриваемым в диссертации вопросам позволяет в какой-то мере заполнить существующий в настоящее время пробел в специальной литературе по проектированию АФУ для загоризонтных РЛС.

Внедрение результатов работы:

- предложенная и разработанная автором методология оптимального проектирования передающих и приёмных антенных систем, использовалась в ОАО «НПК «НИИДАР» при создании загоризонтных РЛС пространственной и поверхностной волны, о чём свидетельствуют 3 акта внедрения результатов диссертационной работы в разработках ОАО «НПК «НИИДАР»;

- с помощью предложенной автором новой рамочной измерительной антенны, устанавливаемой на геофизических ракетах, проводились лётные испытания передающих антенных систем загоризонтных РЛС пространственной волны путем измерений высотного распределения электромагнитного поля, а также исследовались характеристики распространения радиоволн в условиях ионосферы;

- предложенная автором новая передающая антенная система, установленная на специальном спутнике Земли, позволила провести калибровку приемной антенной системы загоризонтной РЛС пространственной волны, а также провести исследования по распространению радиоволн в верхних слоях атмосферы.

Достоверность результатов подтверждена экспериментально, а также путем проведения лётных испытаний и измерения радиотехнических характеристик на уже построенных объектах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXVIII международной конференции «Теория и техника антенн», г. Москва, 1998 г., на XII, XV и XVI международных научно-технических конференциях «Радиолокация, навигация, связь» г. Воронеж, в 2006 г., 2009 г. и 2010 г., на

VIII международном симпозиуме "Электромагнитная совместимость и экология" г. Санкт-Петербург, 2009 г.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 36 работ, в том числе: 18 статей в научно-технических журналах, входящих в перечень ВАК, 10 докладов в трудах международных научно-технических конференций, 2 патента и 5 авторских свидетельств.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Новые принципы построения оптимальных (с точки зрения как технических характеристик, так и материальных затрат) сверхширокополосных и сверхширокоугольных антенных систем.

2. Новая схема сверхширокополосной активной ФАР с двухкратным расширением полосы электронной перестройки частоты (с ~ 40 % до ~ 80 %).

3. Исследование ачюшия асимметричного противовеса на угломестные ДН несимметричных излучателей вертикальной поляризации.

4. Исследование новой сверхширокополосной симметричной передающей антенны вертикальной поляризации с уменьшенными в ~2 раза вертикальными габаритами.

5. Методология согласования по шумам входов элементов АФУ для приёмных антепн КВ диапазона.

6. Исследование новых сверхширокополосных приёмных антенных систем КВ диапазона с совмещенным размещением излучателей различных поддиапазонов.

7. Исследование специфических измерительных антенн для геофизической ракеты и спутника Земли.

Структура диссертации. Текст работы содержит введение, 3 главы, заключение, список литературы (96 наименований) и приложения, содержащие 3 акта внедрения и расчёт показателей качества для целевой функции. Общий объем работы 300 страниц.

Содержание работы

Диссертация состоит из введения, 3-х глав и заключения. Во введении дается краткий обзор как отечественных, так и зарубежных разработок антенных систем для загоризонтных РЛС. В 3-х главах работы рассматриваются как общие принципы построения сверхширокополосных антенн и антенных систем для загоризонтных РЛС, так и некоторые особенности построения антенн и антенных систем для загоризонтных РЛС поверхностной и пространственной волны. В заключении отмечаются основные результаты работы, включая краткие формулировки предлагаемой методологии проектирования и оптимизации антенных систем для загоризонтных РЛС.

Глава 1 Основные црипципы построении антенн и антенных систем для загоризоцтиых РЛС

В разделе 1.1 исследуются схемы построения сверхширокополосных и сверхширокоугольных активных ФАР. Под активными ФАР (АФАР) будем понимать ФАР, в которых каждый из излучателей подключен к своему активному элемепту -передатчику или приёмнику. К сверхпшрокополосным антеннам будем относить все антенны, работающие в диапазоне рабочих частот (ДРЧ) с коэффициентом перекрытия ідрч» 1.41, а к сверхпшрокоугольным антеннам будем относить антенны с сектором обзора 2е » 60°. При этом, антенны с < 1,41 - будем называть широкополосными, а антенны с 2є < 60° - широкоугольными.

Для обеспечения стабильпых радиотехнических характеристик (РТХ) во всем ДРЧ, в случае сверхширокополосных антенн, весь ДРЧ разбивается на "М" поддиапазонов (литеров). В результате вместо одной антенны будем иметь "М" электродинамически подобных антенн, т.е. антенную систему с коэффициентом перекрытия каждого из литеров, равным 1„= (1др,)|/м.

Аналогичным образом поступим и со сверхширокоугольными антеннами (2є = 120°) или антенными системами (АС), разделив их на две одинаковые подрешетки. На рис. 1.1 приведен вариант сверхширокополосной и сверхширокоугольной антенны. На рис. 1.2 приведен возможный вариант ей реализации в виде оптимизированной антенной системы, состоящей из двух подрешеток с секторами обзора по 60°, развернутых друг относительно друга на угол 120°.

излучатели

_л. .....

1 2

1 2

у . .

активные элементы

Рисунок 1.1 - Схема обычной однолитерной сверхширокополосной и сверхширокоугольной АФАР (іф,=2; 2е= 120°)

Рисунок 1.2 - Схема оптимальной сверхпшрокоугольной и сверхширокополосной двухлитерной АФАР (^=1,41; 2б= 2x60°)

Оптимальное (относительное) количество излучателей в линейной ФАР можно определить ПО формуле: (Ми/Мо)=1л-Ч'(Ртах); и N0= 517Ф°,оп ; где Ф°ДОп. - максимально-допустимая пшрина ДН, т.е. 2-фо.7 < Ф0ДоП;

2-фо,7- пшрина ДН (по уровню 0,707);

Ч'(Ршах)=(1+|8трши I) / собРши, где ртах - макс, угол сканирования.

Сравнивая схемы на рис. 1.1 и 1.2, получим Ии 1 ~ 3-^2-

Таким образом, при переходе от варианта АФАР по рис. 1.1 к АФАР по рис. 1.2, удаётся в ~3 раза уменьшить количество активных элементов (АЭ) и снизить на 13 % стоимость антенной системы, несмотря на увеличение общего количества излучателей в схеме рис. 2 на ~33 %. Уменьшение стоимости антенны происходит за счет снижения стоимости излучателей ВЧ литера в I д раз (относительно излучателей НЧ литера), Стоимость излучателя (8Н) определяется его объемными габаритами, которые ПрОПОрЦИОНаЛЬНЫ А. махе л, т.е. 8и=А-Х3макс, где А - коэффициент пропорциональности. Поэтому излучатели ВЧ литера будут стоить в ^„раз меньше, чем излучатели НЧ литера. В таблице 1 приведены результаты сравнения других вариантов АС

Для проведения процедуры оптимизации АС, с позиций минимизации затрат при сохранении заданных требований, составляется целевая функция С(М) в виде произведения 6-ти относительных показателей качества, характеризующих: К] -стоимость всех излучателей; Кг - площадь, занимаемая АС; Кз - длина раскрыва АС; К4 -количество активных элементов; Кг - неравномерность КНД в диапазоне рабочих частот; Кб-длина всех фидеров.

Критерием оптимизации является условие, что во всём диапазоне частот и секторе обзора ширина ДН - 2-<ро,7 < Ф°доп-

Минимум целевой функции определяется графически для различных значений параметра ^ Результаты оптимизации в виде зависимости М^,) приведены на рис. 1.3.

Таблица 1 Результаты сопоставления различных вариантов схем АФАР в случае линейных антенных решеток

№ ІІП Тип СШП СШУ СШУ и СШП

Наименование ЛАР АС ЛАР АС ЛАР АС

Вариант 1 2 3 4 5 6

1 Коэфф. перекрытия Д?Ч,1т 2 1,41 1 1 2 1,41

2 Количество литеров (поддиапазонов), М 1 2 1 1 1 2

3 Максимальный угол сканирования, Ршкс 0° 0° ±60° ±30° ±60° ±30°

4 Количество подрешеток, Т 1 1 1 2 1 2

5 Угловая функция, У(Рмахс) 1 1 3,73 1,73 3,73 1,73

6 Количество излучателей в АР, М„ 2Ы0 1,4Шо ЗДЗИо 1,73Ы0 7,46>1о 2,44Ио

7 Общее количество излучателей в АФАР, N1 2,82Ы0 3,73М0 3.46Ыо 7,4Ш0 9,76>)о

8 Выигрыше стоимости активных элементов (АЭ) N^/N^2= 1,41 N^/N¿34 = 2,16 ^5/НаЭ6 = 3,06

9 Выигрыш в стоимости излучателей Бі/Би =1,05 Б3/ = 1,08 85/8::б = 1,13

Условные обозначения: СШП и СШУ - сверхширокополосная и сверхширокоугольная АФАР; ЛАР - линейная антенная решетка; АС - антенная система, объединяющая несколько антенных решеток; N¡13 - количество активных элементов, причем Ии = N„5 Б - относительная стоимость излучателей.

l : з 4 ? 6 г s » io Рисунок 1.3 Оптимальное количество литеров АС Как следует из рис. 1.3 оптимальная величина коэффициента перекрытия литера (поддиапазона частот) равна 1,4 <t„< 1,6.

В целях расширения полосы электронной перестройки частоты в сверхширокополосной антенной системе в ~ 2 раза, используется 2 комплекта АЭ. IIa рис. 1.4 в качестве примера приведена схема антенной системы в случае коэффициента перекрытия ДРЧ, равного 4 и коэффициента перекрытия ДРЧ одного литера, равного 1,41.

1 2

N 12

N 1 2

N 1 2

квмшккт АЭ ЛИ

комплот АЭ Л12

N - количество юлучателей в антенной решепсе

АР I, АР Я, АР Ш, АР IV - антенные решетки для поддиапазонов I, Ц Ш н IV

* _ Утхх! _ УтяхИ _ УтдДГ _

ДРЧД , - , - . -

-/ чип I ¿гшлП ¿шаШ ¿аяпТУ

и /тах/ ~~ Ушъх // Ути Ш' шт/К

Рисунок 1.4 - Схема реализации удвоенной полосы электронной перестройки и уменьшения неравномерности внешних характеристик в сверхширокополосной АФАР.

В результате одновременной работы 2-х комплектов АЭ полоса электронной перестройки увеличивается в 2 раза.

В разделе 1.2 рассматриваются однонаправленные излучатели для приемных антенн КВ диапазона. В частности доказывается преимущество использования кардиоидных излучателей (КИ) по сравнению с традиционным способом создания однонаправленного излучателя путем расположения вибратора перед апериодическим

рефлектором. Схема кардиоидного излучателя, т.е. излучателя с кардиоидной ДН, приведет на рис. 1.5.

СГУ - симметрирующс-трансформируюгцсе устройство;

ЛЗ - линия задержки с Ф=я-к <3; СРВ - суммарно-разностный блок; СН - согласованная нагрузка; <1 - расстояние между вибраторами.

Рисунок 1.5 - Однонаправленный кардиоидный излучатель Недостатком КИ является его сравнительная узкополосносгь. При ^,=4 потери в КИ достигают ~9 дБ. Поэтому оптимальным Ъ, можно считать Ъ,=1,4. В этом случае потери не превысят ~1 дБ. График коэффициента передачи в КИ приведен на рис. 1.6.

Рисунок 1.6- Коэффициент передачи в кардиоидном излучателе

Раздел 1.3 посвящен очень важному вопросу - согласованию по шумам излучателей приемной антенны. В диапазоне КВ внешние (атмосферные и галактические) шумы во много раз превышают собственные шумы приемника, пересчитанные к его входу, В результате значительная часть динамического диапазона приемника оказывается заполнена внешними шумами.

Для восстановления динамического диапазона приемника в излучатель приемной антенны вносят потери, т.е. уменьшают её КПД. Для снижения КПД приемной антенны можно не вводить активные потери, а использовать рассогласованные излучатели. В этом случае одновременно решается и задача снижения стоимости приемной антешш за счет использования укороченных (по сравнению с резонансными) рассогласованных излучателей.

Используя одно из основных выражений для приемной антенны:

Pc_ nc-S*?7 Рш к - ЛСв ■ То - (ta -17 + tnp) '

где Рс и Рш — мощность сигнала и шумов на входе приемника, Вт;

Пс — плотность потока вектора Пойтингау приемной антенны, Вт/м2;

йзф — эффективная площадь приемной антенны, м2;

к=1,38Т0"23 — постоянная Больцмана, Вт/Гц-К;

Afm — шумовая полоса пропускания приемника, Гц;

То=288 К — стандартная абсолютная температура окружающей среды;

ta=T/T0 — относительная температура внешних;

Ц=Тп/Г0 — относительная шумовая температура приемника;

11 — КПД антенны.

Под КПД антенны будем понимать произведение: т] = Tjn -rip,

где % — КПД омических потерь (полагаем для простоты Т1п=1);

% —КПД обусловленный рассогласованием антенны с нагрузкой;

г|р=1~|7а|2, где у а-коэффициент отражения от входа антенны.

Введём параметр характеризующий величину допустимых потерь отношения

(Р(/Рш) в случае замены согласованных (резонансных) излучателей с г|р=1, па укороченные

(рассогласованные) излучатели с т)р<1

Рс(Лр<1)/Рщ(Чр<1)

5=

Рс(Чр = 1УРш(Чр = 1)

В результате допустимый КПД приемной антенны для случая 8 (или ~1 дБ) при ^»Ц будет равен: т|д> 4- -Ц, / і,, а КСВ вибратора: КСВД < /

На рис. 1.7 приведены допустимые потери на рассогласование для ^=25 и 4 из таблицы 2.

Таблица 2 - Обобщенные опытные данные по внешним шумам

f, МГц 3 10 30

t* 3-Ю4 3103 3-Ю2

Рисунок 1.7 - Допустимые потери в дБ

В результате согласования по шумам удается в НЧ области КВ диапазона в несколько раз уменьшить длины вибраторов (по сравнению с резонансными). Это обстоятельство позволяет существенно уменьшить стоимость приемной антенны. Методика согласования по шумам заключается в определении т|д и допустимого КСВ вибратора при условии, что дополнительные потери (за счет перехода от резонансных вибраторов к укороченным), пе превысят -1 дБ. Зная допустимый КСВ вибратора, можно определить его размеры. При этом необходимо учитывать и коэффициент передачи кардиоидного излучателя, зависящий от и

Раздел 1.4 посвящен анализу взаимодействия передатчиков в А ФАР. В диапазоне СВЧ все передатчики, подключенные к излучателям АФАР, имеют на своих выходах циркуляторы, которые отраженную от антенны волну направляют в согласованную нагрузку. В результате все передатчики в такой АФАР, несмотря на то, что они работают на общую нагрузку, оказываются развязанными друг относительно друга и не взаимодействуют между собой.

В диапазоне КВ циркуляторы отсутствуют и в результате все передатчики АФАР взаимодействуют. Поэтому изменение режима работы одного из них ведет к изменениям режима в остальных передатчиках и, как следствие, к изменению амлитудно-фазового распределения в раскрыве антенны и, соответственно, к изменению внешних характеристик АФАР.

Поэтому в диапазоне КВ для стабилизации заданного АФР в каждом из передатчиков применяется схема автоматического поддержания заданных значений амплитуды и фазы падающей волны на его выходе. Однако, при этом, передатчик должен иметь соответствующий запас по выходной мощности. Так например, при КСВ=2, выходная мощность передатчика должна иметь двукратный запас, по сравнению с режимом работы на согласованную нагрузку.

В разделе 1.5 предложен алгоритм реализации задапного амлитудно-фазового распределения в АФАР для КВ диапазона, т.е. когда все передатчики взаимодействуют между собой. И поскольку каждый из передатчиков имеет свою цепочку регулирования амплитуды и фазы сигнала на своем выходе, то при их одновременной работе в условиях малого количества излучателей в АР, возможен режим неустойчивой работы всех передатчиков, т.е. система регулирования может оказаться в неустойчивом состоянии. Поэтому, для реализации в этом случае задапного амлитудно-фазового распределения используется матрица рассеяния рассматриваемой АР.

Глава 2 Исследование антенн и антенных систем для загорюоптньк РЛС поверхностной волны

Отличительной особенностью антенн поверхностной волны является тот факт, что при их работе не требуется наличие ионосферы, а те волны, которые все же попали на ионосферу и отразились от нее, являются помехой при работе с поверхностной волной. Поэтому к антеннам поверхностной волны предъявляется требование по минимизации излучения под высокими углами места. Кроме того, для работы на поверхностной волне необходима вертикальная поляризация, а для снижения потерь при ее распространении антенны располагаются в непосредственной близости от морской поверхности.

В разделе 2.1 анализируются особенности расчета и измерения угломестных ДН (УМ ДН) антенн поверхностной волны, поскольку именно на эти характеристики большое влияние оказывают параметры почвы, па которой расположена антенна. Поверхностная (земная) волна распространяется в пределах некоторого слоя, расположенного, в основном, в непосредственной близости от импедансной поверхности. Высота этого слоя определяется комплексной диэлектрической проницаемостью среды.

Принимая во внимание то обстоятельство, что па малых расстояниях от антенны, почва может считаться идеально проводящей, в качестве исходных характеристик антенны, при расчете УМ ДН, можно использовать ее характеристики над идеальной землей.

Расчет угломестных ДН с учётом влияния почвы производится лишь в пределах прямой видимости и для углов места о > 1е, т.е. в случае, когда справедливо плоское приближение Земли, а для области, находящейся ниже линии горизонта - используется формула В.А. Фока.

Для измерения УМ ДН антенн поверхностной волны, при малых углах места (а), необходимо отойти от антенны на расстояние, превышающее расстояние до её дальней зоны, т.е. на такое расстояние, при котором будет обеспечиваться полное формирование УМ ДН, а именно за границы 1 -ой зоны Френеля (2а0: К>2а1»3300-л / (а0)2.

В разделе 2.2 исследуется влияние размеров асимметричного противовеса на УМ ДН антенн поверхлостной волны. Во многих отечественных и зарубежных антеннах поверхностной волны, для уменьшения вертикальных размеров антенны, используют несимметричные вибраторы с наземным рефлектором - противовесом. В случае несимметричного вибратора противовес является как бы вторым плечом вибратора и по нему протекает весь ток вибратора. Если радиус противовеса Гпр>Х/4, то такой противовес

начинает довольно сильно влиять на УМ ДІЇ. В результате её максимум (атах) приподнимается над землей, а в направлении поверхности - ориентирован скат УМ ДІЇ, что снижает эффективность возбуждения поверхностной волны. Положение атах, в зависимости от Гдр, оценивается с помощью приближенного выражения:

cos dmax «1-0,3 75- Х/Гщ, при rnp > 0,4- X

На рис. 2.1 приведены результаты измерения УМ ДН на модели несимметричного вертикального вибратора с осесимметричным противовесом при Тщ,=Х!А и Тщ,~У2, подтверждающие влияние радиуса противовеса на УМ ДН - подъем максимума УМ ДН и ослабление излучения при а=0° в случае гпр=)72.

Йэ/Я. - 0.50; 0(4<О7 - 2.73 дБ, ЛО(Г]^ - -4.1 дБ

Рисунок 2.1 - Результаты измерений (+ + + ) и расчётов УМ ДН для несимметричного (Я/4) вибратора с симметричным противовесом (верхнее полупространство)

При асимметричности противовеса, имеющем место в случае однонаправленных излучателей - например, кардиоидный излучатель (см. рис. 2.2), кроме вышеприведенных искажений УМ ДН, происходит также и излучение в зенит.

Рисунок 2.2 - Кардиоидный излучатель с асимметричным противовесом На рисунке 2.3 приведены некоторые результаты расчета УМ ДН в этом случае.

і= 5,0 МГц; ИЛ =1,25;

0^(30,3°) = 7,12 дБ; ЛС(сИ)0) = -5,0 дБ.

ґ = 10,0 МГ ц; Ш = 2,5;

0^(20,5°) = 7,94 дБ; Л0(а=0°) = -4,8 дБ.

Рисунок 2.3 - Расчётные УМ ДН для кардиоидного излучателя с асимметричным противовесом длиной 80 м

Таким образом, использование несимметричных вибраторов в антенне поверхностной волны нецелесообразно как с точки зрения неэффективности возбуждения поверхностной волны, так и с точки зрения повышения излучения под верхними углами места, что способствует появлению ионосферных помех.

В разделе 2.3 исследуются способы уменьшения влияния наземного рефлектора на УМ ДН и КУ в случае несимметричного и симметричного вибраторов. При этом, для простоты, рассматривается ненаправленный в азимутальной плоскости излучатель с осесимметричным рефлектором (см. рис. 2.4).

"сплошной" рефлектор

Рисунок 2.4 - Внешний вид наземных рефлекторов

На рис. 2.5 приведены УМ ДН для несимметричного вибратора с осесимметричным рефлектором различных радиусов (от 0,25Х до 2,0Х), а на рис. 2.6 приведены те же ДН в случае, когда рефлектор разрезан на несколько концентрических колец шириной

рефлектор с одним разрезом (ГІ = Х/4)

рефлектор Г " на максима/ъное

число полос шириной Л/4

"у \

Ж \ \ Л :

КУфз,«-1.6дБ ¿-025 №„„-2.55,6 -^ = 0.5

КУ™*« 3.97 дБ ¿=0.75 №„«, = 2.9346 -£=1.0

г А » л

■' ' • • ."-.'і п.- ;"'

( .1 - .

„ . V ■ . Л

КУтах = 3.23 дБ ¿=1.5 КУ™=3.43дБ ¿=2.0 Рисунок 2.5 - УМ ДН несимметричного вибратора с противовесом («сплошным»)

І V. і г Л

КУ^-І.бдБ ¿=0 25 1«™,=1-23лБ ІІ.05

• 'к V к \

КУ™,=1.27ДБ ¿=0.75 Юта. =1-21 ДБ ¿=1.0 г А і а

! .Л І- I

КУ^І.ЗДБ ¿=1.5 КУ„,„ = 1.45дБ ¿ = 2.0

Л Л

Рисунок 2.6 - УМ ДН несимметричного вибратора после «разрезания» противовеса па максимальное число концентрических полос шириной по ХІ4

В результате такого разрезания всего рефлектора происходит стабилизация КУ антенны и ориентация максимума ДН в направлении горизонта (а=0°), а также уменьшение излучения в околозенитную область углов места. При этом наиболее существенное улучшение внешних характеристик имеет место в случае симметричного вибратора.

В разделе 2.4 исследуется новая (Патент №62740) сверхпшрокополосная передающая антенна КВ диапазона с управляемой поляризацией. Антенна выполнена в виде 2-х ортогональных друг другу логопериодических вибраторных антенн (ЛПВА). При

этом плоскости этих ЛПВА наклонены относительно плоскости Земли на угол 45° (см. рис. 2.7).

Каждая из ЛПВА запитывается от своего передатчика. В результате задания сдвига фаз между передатчиками: в 0°; 180° и 90°' поле, излучаемое антенной, будет иметь: вертикальную, горизонтальную или вращающуюся поляризацию. При практически полной развязке самих передатчиков происходит суммирование их мощности в пространстве. Приводятся рекомендации по практической реализации рассматриваемой антенны.

На рис. 2.8 и 2.9 приведены расчетные и экспериментальные зависимости КСВ и ДН модели этой антенны. Расчетные и экспериментальные данные достаточно хорошо совпадают между собой, что свидетельствует об адекватности численных и физических моделей. Расчеты проводились с использованием численных моделей, а эксперимент проводился на физических моделях.

і—і-1-1-1-1-1-1_і_і і _і

3.5 / 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16

'натурн. МГц

Рисунок 2.8 - Расчётная и экспериментальная зависимости КСВ

'»л«™- 113 МГц !„„т„ - 140 МГц 130 МГц Леи»" 334 МГц

'»я»»" 3,77 МГц 1нзг^ня 4.67 МГц ?мзг/р**6.33 МГц („я,™ =11.13 МГц

Рисунок 2.9 - Расчётные и экспериментальные ДН

Достаточно хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных свидетельствует об адекватности компьютерной и физической моделей.

В разделе 2.5 исследуется малогабаритная передающая антенна вертикальной поляризации, предназначенная для работы па поверхностной волне. Поскольку для работы на поверхностной волне используется низкочастотная область КВ диапазона, то передающие антенны оказываются достаточно громоздкими. Поэтому в целях уменьшения их вертикальных размеров в ряде отечественных и зарубежных разработок применяют несимметричные вибраторы, которые, из-за наличия противовеса (как было показано выше), обладают рядом недостатков в части формирования УМ ДН.

Для уменьшения вертикальных размеров антенны (без применения несимметричных вибраторов) предложен новый (Патент № 93590) вариант симметричной ЛПВА с укороченными в 2 раза вертикальными частями плеч вибраторов, что позволяет вместо несимметричного вибратора с противовесом использовать симметричный вибратор такой же высоты, но без наземного рефлектора.

Укорочение вибраторов симметричной ЛПВА достигается за счет применения в них вибраторов с Т-образными плечами (см. рис. 2.10).

Рисунок 2.10 - Малогабаритная ЛПВА с Т-образными вибраторами

Однако, при использовании такой ЛПВА в качестве антенны поверхностной волны, возникают неприятности с УМДН. На высоких частотах ДРЧ относительная высота фазового центра увеличивается, что приводит к появлению боковых лепестков, т.е. к увеличению излучения под верхними углами места (см. рис. 2.11).

У

Г*"!

X

С1

і—5 МГц; КУ-9.6ВБ

{-1 МГц; ХУ-Ю.Оф

Л..

Ї" 10 МГц; КУ-10,3^

Рисунок 2.11 - УМ ДН для ЛПВА с Т-образными вибраторами (ось антенны параллельна земле)

Для борьбы с этим недостатком наклоняем распределительный фидер ЛПВА к поверхности земли таким образом, чтобы его относительная высота во всем ДРЧ была постоянна. Это позволяет исключить появление боковых лепестков в УМ ДН в ВЧ области ДРЧ. При этом с&ми вибраторы ЛПВА, возбуждаемые от этого фидера, остаются вертикальными. УМ ДН для этого случая приведены на рис. 2.12.

г

Г- 10 МГц, ку-9,3т Г-35МГЯ, ХУ-Д4Д&

Рисунок 2.12 - УМ ДН для ЛПВА с Т-образными вибраторами (ось антенны наклонена)

Раздел 2.6 посвящен исследованию паразитных синфазных волн, которые возникают в ЛПВА с наклонённым распределительным фидером. Появление синфазных волн обусловлено неортогональностью плеч вибраторов ЛПВА к распределительному фидеру. В результате составляющая тока вибратора, параллельная распределительному фидеру и приводит к возникновению в нём синфазной волны.

Влияние синфазной волны на согласование показано на рис. 2.13, а на коэффициент усиления - на рис. 2.14. Наиболее сильно от синфазных волн искажается УМ ДН (см. рис. 2.15). Полоса частот, в пределах которой проявляется синфазная волна, достаточно мала и составляет всего несколько процентов от диапазона рабочих частот.

Рисунок 2.13 - Влияние синфазной волы на согласование (КСВ)

нкэ аеге <ас 55 э.625 а і'і ?ас

Рисунок 2.14 - Влияние синфазной волы на коэффициент усиления (КУ) ЛГБА с наклонным РФ ЛПВЙ. с ¡прямым РФ

Рисунок 2.15 - Искажения УМ ДН при появлении синфазной волны

Для борьбы с синфазной волной можно использовать стальной (не биметаллический) провод расположенный вблизи от распределительного фидера - посередине между его проводами.

В разделе 2.7 исследуются передающие АФАР, предназначенные для возбуждения поверхностной волны, которые должны работать в сверхпшрокой полосе частот и обеспечивать «засветку» заданного азимутального сектора обзора в 60° или 120°. Рассматриваются 3 варианта выполнения передающих антенн: линейная АР со сканированием ДН на ±30° или ±60°, дуговая АР, выполняемая из 2-х ЛИВА с сектором обзора 60° (см. рис. 2.16) или одиночная ЛИВА с сектором обзора 120° и интерференционная АР с ЛПВА излучателями, расположенными параллельно друг другу и образующими линейную АР (см. рис. 2.17),

К недостаткам линейной АР можно отнеси большую высоту вертикального рефлектора (Ящах/2) и необходимость разбиения всего ДРЧ на несколько поддиапазонов (литеров) с целью обеспечения удовлетворительного согласования излучателей, а в случае сектора обзора в 120° и на две подрешетки с секторами обзора по 60°.

Наиболее предпочтительным является вариант дуговой АФАР из 2-х ЛПВА, расположенных с угловым шагом 30°. Благодаря сохранению во всем ДРЧ неизменным относительного расстояния между фазовыми центрами этих ЛПВА удается

стабилизировать внешние характеристики и характеристики согласования во всем ДРЧ. Такая АС обеспечивает сектор обзора в 60°.

Рисунок 2.16- Схема дуговой АР с двумя излучателями

Рисунок 2.17 - Общий вид интерференционной АР из 4-х ЛПВА с Т-образными вибраторами

Может представлять интерес и интерференционная АФАР, у которой шаг излучателей выбирается оптимальным для НЧ области ДРЧ, а появляющиеся в ВЧ области побочные главные максимумы могут быть использованы при обзоре заданного азимутального сектора.

В разделе 2.8 подробно исследуется 4-х литерный вариант сверхширокополосной приёмной АС для поверхностной волны, позволивший существенно уменьшить количество необходимых приёмников при одновременном улучшении РТХ. В целях экономии территории, занимаемой антенной системой, исследуется вариант совмещенного расположения всех 4-х литеров в пределах одного раскрыва, определяемого низкочастотным литером (см. рис. 2.18). Такое расположение становится возможным благодаря использованию в антенне укороченных (рассогласованных) вибраторов, когда взаимный импеданс излучателей оказывается много меньше их собственного импеданса. Результаты расчета ДН для этого варианта показали, что влияние вибраторов соседних литеров практически не ухудшают ДН.

11а рис. 2.19 приведен вариант 4-х литерного приемного АФУ с размещением литеров на террасах соответствующей высоты, что позволяет не только использовать

рельєф местности, но н стабилизировать УМ ДН во всем ДРЧ за счёт постоянства относительной высоты фазового центра во всех литерах.

О 50 м

_ГОГГ€р і

лнтер IV | V- ■ і ;

(

оерр^лние

пожииа

іішіврс»

заанве лажпна л оперев

• жнбрвторм I литера

♦ вибраторы Л литера а кнорэторы 1Л иггера

о вібратори IV гжгерв лтениадь. загцшаемав системой из четырех литеров: 5 — 4200 м'*

Рисунок 2.18 - Совмещенный вариант расположения излучателей в 4-х литерной приёмной АС

\лллллл<

Рисунок 2.19 - Схема размещения 4-х литерной антенны поверхностной волны на террасах

В разделе 2.9 исследуется одна из возможных конструкций самонесущего симметричного вертикального вибратора для приёмной антенны поверхностной водны. Отличительной особенностью такого вибратора является его объемная конструкция, в результате которой он не требует каких-либо специальных конструктивных элементов для своей установки (см. рис. 2.20).

Рисунок 2.20 - Объемный трёхгранный симметричный вибратор

В разделе 2.10 анализируются возможные варианты построения корабельных антенн для загоризонтных РЛС поверхностной волны.

Минимальные потерн поверхностной волны имеют место в случае распространения радиоволн над морской поверхностью. При этом, чем ниже частота, тем меньше потери и больше дальность действия РЛС. Поэтому весьма заманчиво использовать загоризонтные РЛС поверхностной волны на морских судах. Однако с понижением частоты возрастают габариты антенн, что затрудняет возможности их размещения на морских судах.

Один из возможных вариантов размещения малогабаритных (с Т-образными вибраторами) передающих ЛПВА и приемных АР с укороченными вибраторами на крупногабаритном судне, показан на рис. 2.21. Для уменьшения габаритов передающая и приёмная антенны одполитерные, работающие в средней части КВ диапазона.

Рисунок 2.21 - Схема размещения 2-х секторной загоризонтной РЛС поверхностной волны на крупногабаритных судах с секторами обзора по левому и правому борту 120° каждый

Глава 3 Антенны и антенные системы для загоризонтной РЛС пространственной волны

Глава 3 посвящена антеннам для загоризонтной РЛС пространственной волны, т.е. антеннам и антенным системам, работающим с использованием отражения радиоволн от ионосферы.

В разделе 3.1 исследуется 4-х литерная передающая антенная система, работающая на горизонтальной поляризации. Благодаря тому, что в этой антенной системе используется 2 комплекта передатчиков, поочередно подключаемых соответственно к литерам с нечетными и четными номерами, удается реализовать удвоенную (~80%)

полосу электронной перестройки частоты. При этом один передатчик имеет полосу электронной перестройки ~ 40 %. Расширение полосы электронной перестройки частоты позволяет быстро уходить от активных помех, а также выбирать частоты свободных радиоканалов. Кроме того, подобпая схема построения антенных систем позволяет осуществить одновременную работу на 2-х частотах из соседних поддиапазонов (литеров), что существенно повышает дееспособность РЛС.

В разделе приводятся результаты выбора оптимальных параметров антенной системы, а также результаты измерения характеристик согласования для одного из уже построенных литеров. Все литера антенпой системы являются электродинамически подобными. Устройство одного из литеров антенной системы показано на рис. 3.1.

На рис. 3.2 приведены расчетные значения КСВ для каждого из излучателей антенны, полученные в процессе обработки результатов измерения матрицы рассеяния, построенного опытного образца III литера передающей антенной системы.

Рисунок 3.2 - Характеристики согласования излучателей опытного образца

Внешний вид опытного образца антенны приведен на рис. 3.3.

Рисунок 3,3 - Внешний вид антенны

Раздел 3.2 посвящен вопросам оптимизации параметров вертикального рефлектора, используемого в передающих антеннах КВ диапазона. Этот рефлектор выполняет две основные функции: создает однонаправленное излучение и обеспечивает защиту персонала, обслуживающего передатчики, расположенные за антенной. В связи с тем, что в КВ диапазоне габариты такого рефлектора оказываются достаточно большими и требуют соответственно больших материальных затрат на их создание, то выбор оптимальной конструкции рефлектора является актуальной задачей.

Обычно при выборе параметров таких рефлекторов используют результаты решения электродинамической задачи применительно к бесконечному рефлектору.

Для оптимизации параметров рефлектора конечных размеров применяется методика численного моделирования.

В разделе 3.3 исследуется предложенная автором новая приемная антенна для работы на пространственной волне. Приемная антенна полностью идентична схеме построения соответствующей передающей антенны (см. раздел 3.1). Она также имеет 4 электродинамически подобных литера и предполагает использование 2-х комплектов приемников для расширения полосы электронной перестройки. В результате реализуется возможность одновременной работы на двух частотах из соседних поддиапазонов.

Излучатели приемной антенны выполняются по схеме кардиоидных излучателей (см. раздел 1.2). Излучателями служат симметричные горизонтальные укороченные вибраторы, расположенные в 2-х ярусах (см. рис. 3.4) и на тех же высотах, что и в

соответствующей передающей антенне. Вибраторы подключаются к приёмнику с помощью дишраммо-формирующей схемы (ДФС), рассмотренной выше (см. раздел 1.2).

вибраторы

В результате УМ ДН передающей и приёмной антенн полностью совпадают. Излучатели всех 4-х литеров антенны подвешены на общих опорах, размещенных с шагом 42 м, и образуют типовой модуль приёмной антенны. В результате удаётся существенным образом сократить общее количество всех опор в антенне в ~4 раза, по сравнению с существующим в настоящее время аналогом подобной антенны.

На рис. 3.5 и 3.6 приведены схемы совмещённого расположения излучателей всех 4-х литеров. Совмещенное расположение всех литеров антенны в пределах низкочастотного раскрыва антенны, становится возможным благодаря использованию в антенне рассох-ласованных (укороченных) вибраторов (см. также раздел 2.8).

іяяері

Рисунок 3.5 - Схема взаимного расположения передних полотен литеров (вид из центра антенны)

32

Рисунок 3.6 - Схема подвески полотен 4~* литеров АФАР (вид сбоку)

На рис. 3,7 приведены УМ ДН для всех 4-х литеров антенны в случае их совместного размещения. Как показало численное моделирование, существенного взаимного влияния литеров не наблюдается.

яитет ї

/

\к

(Г' ЖГ

ш її

............- • . - • '—- ; - /-ЗЗ.ОШя - —* '

Л11 - - ___

/= 33,8 МГц

N X

/ = 28ДМГя

/ ' » -__\ / / \ / ■ \

Рисунок 3.7 - УМ ДН для совмещенной ФАР из 16-ти кардиоидных излучателей (в каждом из 4-х литеров), для неотклоненного и отклоненного луча

В разделе 3.4 исследуются измерительные антенны, предназначенные для калибровки передающих и приемных антенн в КВ диапазоне (от 5 до 28 МГц). Для измерения внешних характеристик передающих антенн применяется рамочная антенна, устанавливаемая в головной части геофизической ракеты. С помощью этих ракет проводилось измерение высотного распределения напряжённости электромагнитного поля передающей антенны пространственной волны после отражения радиоволн от ионосферы. В результате осуществлялась калибровка математической модели ионосферы, описывающей распространение радиоволн на больших дальностях, а также измерялись внешние характеристики передающей антенны.

В качестве измерительной антенны использовались три рамочных антенны, плоскости которых были взаимно ортогональны (см. рис. 3.8). В результате имелась возможность измерить все составляющие электромагнитного поля.

Рисунок 3.8 - Общий ввд антенны

Основной трудностью при создании этой измерительной антенны, была необходимость обеспечения требуемой развязки рамок, имеющих очень малую действующую длину, относительно корпуса ракеты, резонирующего в КВ диапазоне. Строгое соблюдение осевой симметрии антенны с корпусом ракеты позволило обеспечить развязку не хуже -14 дБ. Результаты натурных измерений величины развязки приведены на рис. 3.9.

Рисунок 3.9 - Развязка рамочной антенны по паразитной поляризации

Для измерения внешних характеристик приемного АФУ использовался специальный спутник (из серии первых наших спутников) в виде шара диаметром 2 м. В экваториальной плоскости спутника с шагом 45° размещалось восемь радиально расположенных несимметричных вибраторов. Каждый из вибраторов имел длину 7,5 м при диаметре 40 мм. Вибраторы возбуждались равноамплитудно от одного передатчика. Фаза от вибратора к вибратору нарастала с дискретом 45°. В результате создавалась квазиизотропная ДН во всем ДРЧ от 5 до 28 МГц. Результаты измерений, полученные с помощью этого спутника, подтвердили правильность расчетов. На рис. ЗЛО приведен внешний вид спутника с вибраторами, а на рис. 11 приведены значения КНД.

Заключение

В диссертационной работе рассмотрены вопросы оптимального (с точки зрения минимальных материальных затрат при заданных требованиях) проектирования круппогабаритных коротковолновых сверхширокополосных передающих и приемпых антенн и активных антенных систем (АС) для загоризонтиых РЛС пространственной и поверхностной волны, работающих в диапазоне рабочих частот (ДРЧ) от 4 до 28 МГц.

Разработанная в диссертации методология этого проектирования базируется на поиске минимума целевой функции, представляющей собой произведение относительных показателей качества, характеризующих: стоимость излучателей, количество активных элементов (передатчиков или приёмников), длину раскрыва АС и занимаемую ей площадь, неравномерность КНД и стоимость (длину) всех фидеров АС. При этом в качестве условия оптимизации принято требование, что ширина ДН во всем ДРЧ и секторе обзора не должна превышать некоторой наперед заданной величины, т.е. 2-фо,7 £ Ф°доп. В процессе оптимизации было определено минимально-необходимое количество поддиапазонов (литеров), на которые разбивался весь ДРЧ, соответствующее минимуму целевой функции. Так например, при коэффициенте перекрытия ДРЧ - ^,=2 надо 2 литера, а при Ц,,=4 необходимо 3 литера и при ^,=6 достаточно 4 литера. В результате оптимальный коэффициент перекрытия поддиапазона равен: 1,4 < Ъ, < 1,6.

Полученные в работе инженерные соотношения позволяют на практике реализовать процедуру проектирования оптимальных антенных систем.

Разработанная методология согласования по шумам приемных антенн КВ диапазона, базирующаяся на значительном превышении внешних (атмосферных и галактических) шумов над собственными шумами приемника, позволяет в несколько раз уменьшить габариты вибраторов и тем самым существенно снизить стоимость создаваемых устройств.

В качестве исходного условия для согласования по шумам, используется допущение, что потери полезного сигнала за счёт перехода от согласованных (по КСВ) резонансных вибраторов к укороченным (рассогласованным) не должны превышать 1 дБ. В результате, с учётом чувствительности приёмника, определяются: допустимое значение КСВ для укороченного вибратора и его размеры. При этом в качестве уровня внешних шумов берётся минимально-возможный уровень внешних шумов в районе дислокации РЛС.

Благодаря использованию в приёмных АФУ однонаправленных кардиоидных излучателей, удается отказаться от громоздкого апериодического рефлектора, что также значительно снижает стоимость всего АФУ. Кардиоидный излучатель, при незначительном изменении его внешних характеристик, может работать во всём КВ диапазоне. Однако, его коэффициент передачи в этом случае, может быть ослаблен на

10 дБ и более. Поэтому, для обеспечения неравномерности коэффициента передачи в пределах ~1.. .2 дБ, кардиоидный излучатель также должен выполняться по литерной схеме.

В целях снижения затрат на изготовление передающих антенн поверхностной волны, которые для обеспечения хорошего согласования выполняются резонансными, во многих отечественных и зарубежных разработках использовались несимметричные сверхширокополосные логопериодические вибраторные антенны (ЛПВА). Однако, в связи с тем, та) для таких антенн необходим противовес (наземный рефлектор), то токи, текущие по нему, приводили к снижению излучения вдоль поверхности, а, следовательно, и к снижению уровня возбуждаемой поверхностной (земной) волны и усилению излучения под верхними углами места, что в свою очеред ь приводило к появлению ионосферной помехи.

Поэтому, для передающих антенн поверхностной волны автором был предложен новый тип (имеется патент) симметричной ЛПВА с Т-образными вибраторами, что позволило в ~2 раза уменьшить высоту антенны (по сравнению с классическим вариантом ЛПВА с обычными Х/2 вибраторами) и, тем самым, сделать её равной по высоте несимметричному излучателю. При этом в связи с отсутствием противовеса, удалось избежать отмеченных выше недостатков несимметричного излучателя.

При проектировании и исследовании проволочных КВ антенн, широко используется сертифицированная программа ММАЫА, базирующаяся на решении интегрального уравнения Поклингтона методом моментов. Хорошее совпадение результатов расчета с экспериментальными данными, позволило существенно сократить сроки проектирования и исследования подобных антенн и антенных систем.

С использованием методологии машинного проектирования и разработанных автором компьютерных моделей, были созданы новые (имеются патенты) специфические антенны для геофизической ракеты и искусственного спутника Земли. С помощью этих антенн проводились измерения внешних характеристик передающих и приемных антенных систем загоризовтных РЛС пространственной волны, а также исследовалось распространение радиоволн в верхних слоях атмосферы.

Кроме того, с использованием разработанной в диссертации методологии оптимального построения схем сверхширокополосных активных ФАР, были спроектированы 4-х литерные передающие и приёмные антенные системы горизонтальной поляризации для загоризонтных РЛС пространственной волны, в которых была реализована и схема удвоения полосы электронной перестройки частоты. В случае приёмного АФУ была предложена новая схема совместного расположения всех 4-х литеров, которая позволяет в пределах раскрыва низкочастотного литера разместить остальные 3 литера АС. В результате существенно "уменьшается площадь, занимаемая

антенной. Совместное расположение всех 4-х литеров без существенною изменения их внешних характеристик стало возможным благодаря слабому взаимодействию излучателей, обусловленного их большим собственным импедансом за счёт использования укороченных вибраторов.

Аналогичная схема построения приёмных АФУ была реализована и в случае загоризонтных РЛС поверхностной волны, работающих на вертикальной поляризации.

Основные материалы диссертации, опубликованные в журнале «Антенны» в 2006 -2011 г.г., позволяют в какой-то мере ликвидировать пробел, связанный с отсутствием специальной литературы по проектированию АФУ для загоризонтных РЛС.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что поставленная в диссертационной работе цель достигнута.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи:

1. Николаев В.А., Базилевская MX, Сгрвжков В.А. Оценка величины синфазной волны в трактах питания передающего АФУ II Электросвязь. -1991, №3.

2. Николаев В.А. Влияние размеров асимметричного противовеса иа УМ ДН несимметричных излучателей КВ-диапазоиа // Антенны. — 2006, Вып. 4 (107), С. 48-55.

3. Николаев В.А. Оптимизация излучателей приемной антенны КВ-диапазона // Антенны. - 2006, Вып. 6 (109), С. 30-34.

4. Николаев В.А. Однонаправленные излучатели для приёмной антенны КВ-диапазона // Антенны. - 2006, Вып. 8 (111), С. 39-43.

5. Николаев В .А., Бакурова O.A. Сверхширокополосная передающая антенна поверхностной волиы // Антенны. - 2006, Выи. 12 (115), С. 40-47.

6. Николаев В.А. Алгоритм реализации заданного возбуждения излучателей в активной передающей ФАР диапазона КВ И Антенны. - 2007, Выи. 1 (116), С. 27-29.

7. Николаев В.А., Базилевская М.К. Измерительная антенна для КВ диапазона // Антенны. - 2007, Вып. 1 (116), С. 82-85.

8. Николаев В.А. Оптимизация еверхширокоиолоспых и сверхширокоугольных активных ФАР II Антенны. - 2007, Вып. 3 (118), С. 20-24.

9. Николаев В.А. Малогабаритная сверхширокополосная передающая антенна поверхпостной волны И Антенны. - 2007, Выи. 6 (121), С. 37-41.

Ю.Николаев В.А., Бакурова O.A. Самонесущий вертикальный вибратор для приёмной антенны поверхпостной волны // Антенны. - 2007, Вып. 6 (121), С. 42-45.

11. Николаев В.А., Бакурова O.A. Оптимальная приемная ФАР для пространственной волны // Антенны. - 2007 Вып. 7 (122), С. 35-42.

12. Николаев В.А. Передающие антенные решетки для РЛС поверхностной волиы И Антенны. - 2007, Вып. 8 (123), с. 44-51.

13. Николаев В.А. Сверхширокополосная и сверхширокоугольная приемная антенна для РЛС поверхпостной волны II Антенны. - 2008, Вып. 2 (129), С. 39-47.

14. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Паразитная синфазная волна в сверхшироко-полоспых антеннах поверхностной волны // Антенны. - 2008, Вып. 12 (139), С. 46-50.

15. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Влияние наземного рефлектора на угломестные характеристики антенн поверхностной волны // Антенны.—2009, Вып. 6 (145), С. 37-43.

16. Николаев В.А. Особенности расчета и измерения внешних характеристик коротковолновых антенн вертикальной поляризации для поверхностной волны // Антенны. - 2009, Вып. 11 (150), С. 34-43.

17. Николаев В.А. Активная передающая ФАР пространственной волны для КВ диапазона // Антенны. - 2010, Вып. 9 (160), С. 3-14.

18. Николаев В.А., Смирнов A.C., Яцкевич В.А. Подавление асимметричных аномалий в логопериодической антенне //Антенны. -2011, Вып. 8 (171).

Патенты:

19. Николаев В.А., Бакурова O.A. Широкополосная антенна. Патент № 62740. Заявка № 2006120281.27.04.2007 г.

20. Николаев В.А. Сверхпшрокополосная логопериодическая антенна поверхностной волны. Патент № 93590. Заявка № 2009131153.27.04.2010 г.

21. Николаев В.А., Базилевская М.К. Спец. тема. A.C. № 218216. Заявка № 3039400. 25.04.1985 г.

22. Николаев ВА., Базилевская MJC, Фроловичева Г.Н. Устройство для измерения амплитудно-фазового распределения поля в раскрыло приёмной антенной решетки. A.C. № 1234788. Заявка № 3755495.01.02.1986 г.

23. Николаев В.А., Базилевская М.К., Давлетшина Л.Г. Коротковолновая антенна для космического аппарата. A.C. № 1302966. Заявка№ 3933120.08.12.1986 г.

24. Николаев В.А., Базилевская М.К., Фроловичева Г.Н. Рамочная антенна. A.C. № 1401534. Заявка № 4167631.08.02.1988 г.

25. Николаев В.А. и другие Устройство для измерения S-параметров многополюсников. A.C. №> 1721545. Заявка № 4700104. 22.10.1991 г.

Доклады:

26. Николаев В.А. Антенна поверхностной волны // XXVIII Международная конференция "Теория и техника антенн": Тез.докл.,- М., 1998.

27. Николаев ВА. Оценка диапазонных свойств ФАР // XXVIII Международная конференция "Теория и техника антенн": Тез.докл.,- М., 1998.

28. Николаев В.А. Крестообразная передающая антенна поверхностной волны. ХП Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж, 2006.

29. Базилевская М.К., Николаев В.А. Антенна высотного измерителя поля. XII Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж, 2006.

30. Николаев В.А. Антенна поверхностной волны КВ диапазона. XV Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж. 2009.

31. Николаев В.А., Эжиев А.Г. Методика измерения внешних характеристик наземных КВ антенн поверхностной волны. XV Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тездокл,, - Воронеж, 2009.

32. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Электромагнитная совместимость передатчиков в активной ФАР, VIII Международный симпозиум "Электромагнитная совместимость и экология": Тез.докл., - Санкт-Петербург, 2009.

33. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Защита от электромагнитного излучения, VIII Международный симпозиум "Электромагнитная совместимость и экология": Тездокл., - Санкт-Петербург, 2009.

34. Николаев В.А., Эжиев А.Г. Согласование по шумам приемпой антенны КВ диапазона. XVI Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж, 2010.

35. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Влияние параметров наземных рефлекторов на угломестные характеристики КВ антенн вертикальной поляризации. XVI Международная научно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж, 2010.

36. Николаев В.А., Ботов Д.В. Корабельные антенны для загоризонтных РЛС поверхностной волны. XVI Международная паучно-техническая конференция "Радиолокация, навигация, связь": Тез.докл., - Воронеж, 2010.

Подписана в печать 0Л- тГ,Зак. ■и Тир. <¡00 П.л. Л І Полиграфический центр МЭИ(ТУ) Красноказарменная ул.,д.13

Введение

Глава 1 Основные принципы построения антенн и антенных систем для загоризонтных PJIC

1.1 Исследование схем построения сверхширокополосных и сверхширокоугольных активных ФАР

1.2 Исследование малогабаритных однонаправленных излучателей для приемных антенн

1.3 Алгоритм "согласования" по шумам излучателей приемной антенны

1.4 Анализ взаимодействия передатчиков в активной ФАР

1.5 Алгоритм реализации заданного амплитудно-фазового возбуждения излучателей в передающей активной ФАР

Глава 2 Исследование антенн и антенных систем для загоризонтных PJIC поверхностной волны

2.1 Основные принципы расчета и измерения внешних характеристик антенн

2.2 Исследование влияния асимметричного противовеса на уг-ломестные характеристики несимметричных излучателей

2.3 Исследование способов уменьшения влияния наземного рефлектора на угломестные характеристики излучателей вертикальной поляризации \

2.4 Исследование сверхширокополосной передающей антенны с управляемой поляризацией

2.5 Исследование сверхширокополосной малогабаритной передающей антенны с укороченными Т-образными вибраторами

2.6 Исследование синфазных волн в сверхширокополосной антенне с наклонным распределительным фидером

2.7 Исследование активных передающих антенных решеток

2.8 Исследование приемной сверхширокополосной ФАР

2.9 Исследование самонесущего вибратора вертикальной поляризации для приемной антенны

2.10 Анализ возможностей реализации антенн поверхностной волны на морских судах

Глава 3 Антенны и антенные системы для загоризонтных PJIC пространственной волны

3.1 Исследование передающей активной ФАР

3.2 Оптимизация параметров вертикального рефлектора

3.3 Исследование приемной ФАР

3.4 Исследование антенн для измерения внешних характеристик наземных антенных систем

Одним из актуальных направлений современной радиолокации является загоризонтная радиолокация, которая позволяет наблюдать объекты за границей прямой видимости, т.е. за горизонтом. Все радиолокаторы, работающие в диапазонах СВЧ и УКВ могут наблюдать объекты, находящиеся лишь в пределах прямой видимости, т.е. над горизонтом. И только радиолокаторы, работающие в КВ диапазоне имеют возможность наблюдать объекты, находящиеся за линией горизонта, что и предопределило их название - загоризонтные РЛС (ЗГ РЛС).

Загоризонтные РЛС делятся на два вида: пространственной волны (ПРВ) и поверхностной волны (ПОВ).

В случае ЗГ РЛС ПРВ, пространственная волна, уходящая в направлении ионосферы, отражается от нее и возвращается на землю. При этом возможны режимы работы как с одним отражением от ионосферы (один «скачок»), так и с двумя отражениями (два «скачка»). Работа с тремя отражениями (тремя «скачками»), как правило, не проводится в связи с большими потерями энергии при отражении от ионосферы и земли. Редко используется и режим с двумя отражениями, поскольку для его реализации требуются большие излучаемые мощности. Поэтому будем рассматривать лишь работу ЗГ РЛС ПРВ с одним «скачком». В этом случае максимальная дальность действия радиолокатора составит ~ (3000 - 3500) км.

Поляризация радиоволн для ЗГ РЛС ПРВ не принципиальна, поскольку при прохождении через ионосферу за счет влияния магнитного поля Земли все равно происходит поворот вектора поляризации (эффект Фарадея).

В случае ЗГ РЛС ПОВ поверхностная (земная) волна распространяется в некотором слое, расположенном в непосредственной близости от поверхности Земли, т.е. волна как бы прилипает к земной или морской поверхности. Эти РЛС работают на вертикальной поляризации, поскольку именно при этой поляризации электрическая составляющая напряженности электромагнитного поля максимальна у поверхности Земли. В связи с достаточно большими потерями ПОВ в земле и значительно меньшими потерями в морской поверхности, ЗГ РЛС ПОВ обычно располагаются в непосредственной близости от незамерзающего моря и используются, в основном, для наблюдения за морскими объектами или для изучения геофизики моря. Дальность действия таких радиолокаторов не превышает ~ 400 км.

В связи с достаточно низкими частотами, присущими КВ диапазону, размеры антенн оказываются сравнительно большими, что приводит к значительным материальным затратам при создании соответствующих антенн и антенных систем. Поэтому их оптимальное проектирование имеет большое народно-хозяйственное значение.

Еще одной особенностью КВ диапазона является достаточно высокий уровень внешних - атмосферных и галактических шумов по сравнению с собственным шумом приемника. В результате «согласования» по шумам излучателей приемных антенн КВ диапазона удается существенно уменьшить их резонансные размеры и тем самым снизить стоимость таких антенн.

Передающие антенны, требующие хорошего согласования с фидером, идущим от передатчика, выполняются из резонансных излучателей, что ведет к существенным материальным затратам и поэтому количество элементов в передающей антенной решетке обычно ограничивается несколькими излучателями (8 - 16).

В СВЧ диапазоне выход передатчика развязан относительно входа антенны с помощью циркулятора. В результате отраженная от антенны волна уходит в согласованную нагрузку. Поэтому изменение входного импеданса антенны не сказывается на режиме работы выходного каскада передатчика.

В диапазоне КВ таких циркуляторов нет и поэтому входной импеданс антенны влияет на режим работы выходного каскада передатчика. В результате в активных передающих ФАР, когда к каждому излучателю подключен свой передатчик, за счет взаимодействия излучателей антенной решетки (АР), возникает и взаимодействие между собой всех передатчиков, работающих на такую взаимосвязанную нагрузку. В итоге может нарушиться стабильная работа всего ансамбля передатчиков АФАР.

Впервые попытки применить пространственные радиоволны КВ диапазона для наблюдения за самолетами, находящимися за горизонтом, были сделаны в нашей стране Н.И. Кабановым еще в 1946- 1949 г.г. Однако эти попытки не дали требуемого результата, поскольку не удалось выделить слабый сигнал, отраженный от цели, на фоне мощного сигнала пассивной помехи, обусловленного отражением от земли.

В следующем десятилетии (1958 - 1960 г.г.) была обоснована принципиальная возможность загоризонтного обнаружения самолетов на дальностях одного скачка отражения радиоволн от ионосферы (~ 3000 км) и стартующих баллистических ракет (БР) на дальностях двух скачков 6000 км).

С 1962 г. в НИИ дальней радиосвязи (НИИДАР) начались систематические работы по ЗГ РЛС и уже в 1964 г. в районе г. Николаев (Украина) был создан экспериментальный радиолокатор, с помощью которого были обнаружены старты БР на дальностях 3000 км (см. рис. 1).

Рисунок 1 Антенна экспериментального локатора

А в 1967 - 1968 г.г. на этом локаторе (после его модернизации) было произведено и обнаружение самолетов. К 1976 г. был создан опытный образец автоматизированной ЗГ РЛС с непрерывной адаптацией к внешним (геофизическим и помеховым) условиям.

Коэффициент перекрытия по частоте был равен 4. Передающие и приемные антенны были выполнены из резонансных симметричных вибраторов, расположенных перед вертикальным рефлектором, а весь диапазон разбивался на два поддиапазона, в каждом из которых использовались электродинамически подобные антенные решетки, имевшие плоские раскрывы в вертикальной плоскости. Поляризация излучаемых и принимаемых сигналов - горизонтальная. На основании полученных положительных результатов в 1977 - 1978 г.г. были созданы два боевых локатора (на западе - в районе Чернобыля и на востоке - в районе Комсомольска-на-Амуре) - (см. рис. 2).

Рисунок 2 Антенна ЗГ РЛС ПРВ

Параллельно с работами по загоризонтному обнаружению самолетов и стартующих БР, с 1979 г. проводились работы по отработке принципов обнаружения надводных целей на дальностях до 400 км. В период 1982 - 1992 г.г. был создан (на Дальнем востоке) экспериментальный локатор поверхностной волны, в котором передающие антенны выполнялись на базе сверхширокополосных логопериодических вибраторных антенн (ЛГТВА) вертикальной поляризации, а приемная антенна представляла собой линейную АР (длиной ~ 1800 м), выполненную из вертикальных несимметричных вибраторов, расположенных перед вертикальным рефлектором. Обе антенны располагались в непосредственной близости от морской поверхности. Первые положительные результаты по обнаружению надводных целей были получены в 1986 г. В это же время был создан корабельный вариант ЗГ РЛС ПОВ на базе гидрографического судна «Адмирал Невельской».

Аналогичные работы по ЗГ РЛС проводятся и в США. В конце 1979 г. в штате Мэн развернули экспериментальную ЗГ РЛС ПРВ [1]. Весь диапазон от 5 до 28 МГц был разбит на 6 поддиапазонов с коэффициентом перекрытия каждого из поддиапазонов, равным 1,35. Таким образом, вся антенная система состояла из 6 электродинамически подобных подрешеток (литеров). Каждая подрешетка имела по 12 излучателей в виде вертикальных или наклоненных на 45° симметричных вибраторов, расположенных перед вертикальным рефлектором антенны. В предполье располагался формирующий рефлектор длиной 225 м. Сектор обзора составлял 60°. На рис. 3 показан фрагмент этой антенны. Полная длина передающей антенны равна ~ 1100 м. Для возбуждения излучателей использовались 12 передатчиков мощностью по 100 КВт каждый. Длина приемной АР составляет 1590 м.

Рисунок 3 Передающая антенна ЗГ РЛС в штате Мэн (США)

Во всём мире ЗГ РЛС ПОВ распространены гораздо шире, чем ЗГ РЛС ПРВ. Это можно объяснить их сравнительно небольшой стоимостью по сравнению с ЗГ РЛС ПРВ. При этом в целях снижения их стоимости, в качестве антенн во многих РЛС используются несимметричные излучатели с противовесом. В результате в таких РЛС наблюдается сильная ионосферная помеха, обусловленная обратным рассеянием от ионосферы. Это явление вызвано увеличением излучения под верхними углами места, обусловленного токами, текущими по противовесу, и присущего исключительно несимметричным излучателям.

Так в построенной в 2002 г. в Австралии бистатической ЗГ РЛС ПОВ (SECAR) используется система приемных антенн с адаптацией [2]. В этой PJ1C'передающие и приемные антенны выполнены из несимметричных излучателей. В процессе работы РЛС наблюдалось наличие больших ионосферных помех, что приводило к снижению её эффективности. Первые работы с использованием ПОВ для исследования морской поверхности начались в Австралии еще в 1970 г.

В Канаде разработка (боевых) ЗГ РЛС ПОВ началась в 1991 г. Было разработано несколько типовых РЛС. Характерной особенностью этих РЛС является использование в них также несимметричных излучателей с противовесом [3]. Поэтому недостатки этих РЛС сходны с недостатками РЛС в Австралии - наличие сильных ионосферных помех.

В США работы по ЗГ РЛС ПОВ начались в 1970 г. и проводились по заданию министерства обороны [4]. Однако и в этих РЛС использовались несимметричные излучатели с присущими им недостатками.

В Китае работы по ЗГ РЛС ПОВ начались в конце 80-х годов с целью обнаружения кораблей и низколетящих самолетов. И этим РЛС присущ общий недостаток - ионосферные помехи за счет использования в антенне несимметричных излучателей с противовесом [5].

В Англии для целей океанографических исследований был разработан радар OSCR. Совместно с итальянцами для военных целей был разработан радар OVER SEER. В нем, в отличие от всех ранее упомянутых ЗГ РЛС ПОВ, были использованы симметричные самонесущие излучатели тетраэдального вида [6].

Таким образом, в большинстве РЛС ПОВ используются несимметричные излучатели с противовесом, которые усиливают ионосферную помеху. Поэтому вопросу применения несимметричных излучателей в диссертации посвящен специальный раздел.

Диссертация состоит из 3-х глав.

В 1-ой главе рассматриваются общие вопросы, характерные как для приемных, так и для передающих антенн, а именно - выбор оптимальной схемы построения сверхширокополосных - с коэффициентом перекрытия диапазона рабочих частот, равным ~ 4 - 6, и сверхширокоугольных антенн - с сектором обзора ~ 120° (раздел 1.1). Рассматривается подход к решению задачи «согласования» излучателей приемной антенны по шумам (раздел 1.3) и вопросы построения однонаправленных излучателей приемной антенны без использования вертикального рефлектора (раздел 1.2). Для передающих антенн рассматриваются вопросы по электромагнитной совместимости в ансамбле передатчиков активной ФАР (раздел 1.4), а также вопросы реализации требуемого амплитудно-фазового распределения в раскрыве АФАР (раздел 1.5).

Во 2-ой главе рассматриваются вопросы построения как отдельных антенн, так и антенных систем для ЗГ РЛС ПОВ. В частности анализируются особенности расчета и измерения внешних характеристик для антенн поверхностных волн (раздел 2.1). В целом ряде разработок как отечественных, так и зарубежных, в целях экономии средств, применяются несимметричные излучатели с противовесом (наземным рефлектором). В результате действия токов, текущих по противовесу, особенно в случае асимметричного противовеса, возрастает излучение под верхними углами места и в околозенитную область углов. А это в свою очередь приводит к приему пространственной волны, отраженной от ионосферы. В результате возникает ионосферная помеха (раздел 2.2). Рассматриваются способы борьбы с этим явлением, включая рекомендацию по использованию симметричных излучателей, не требующих противовеса (раздел 2.3).

В качестве универсальной сверхширокополосной антенны рассматривается логопериодическая вибраторная антенна (ЛПВА) с крестообразными вибраторами, что позволяет безинерционно, путем изменения фазовых сдвигов у двух передатчиков, запитывающих эту ЛПВА, управлять поляризацией излучаемого сигнала от линейной (вертикальной или горизонтальной) до круговой (раздел 2.4).

С целью уменьшения вертикальных размеров передающей антенны предложен новый (симметричный) вариант ЛПВА вертикальной поляризации с Т-образными плечами вибраторов. В результате вертикальный размер антенны уменьшается в 2 раза и её высота оказывается соизмеримой с высотой несимметричного излучателя (раздел 2.5).

Для стабилизации в ДРЧ угломестных ДН применяются ЛПВА с наклонным распределительным фидером. Недостатком таких антенн является наличие синфазных волн (раздел 2.6).

В связи с тем, что в ЗГ РЛС ПОВ не требуется узкая азимутальная ДН, то для сохранения условий сверхширокополосности антенной системы, состоящей всего из 2-х излучателей и обеспечивающих ширину ДН в азимутальной плоскости 60°, используется дуговая АР. В результате этого удается стабилизировать во всем ДРЧ относительное расстояние между 2-мя излучателями в сверхширокой полосе частот и соответственно стабилизировать как внешние, так и входные характеристики такой антенной системы (раздел 2.7).

В целях исключения влияния наземного рефлектора (противовеса) на угломестные (УМ) ДН рассматривается приемная ФАР из симметричных укороченных вертикальных вибраторов с кардиоидными излучателями. Благодаря малым размерам вибраторов и соответственно большого их собственного импеданса взаимодействием вибраторов можно пренебречь. Это позволяет разместить все 3-литера (подрешетки) компактно (т.е. ВЧ литера внутри НЧ литера) и тем самым сэкономить территорию, на которой эта антенная система располагается (раздел 2.8).

Для уменьшения вертикальных размеров вибраторов в приемных антеннах поверхностной волны, рассмотрены варианты объемных самонесущих вибраторов (раздел 2.9).

В связи с тем, что наименьшие потери поверхностная волна имеет в случае её распространения над морем, то возникает желание использовать для размещения подобных ЗГ РЛС ПОВ корабли (раздел 2.10).

В главе 3 рассматриваются антенные системы для ЗГ РЛС пространственной волны. Активная передающая 4-х литерная ФАР, работающая в ДРЧ от 6 до 30 МГц (раздел 3.1) и цифровая активная приемная ФАР, также состоящая из 4-х литеров (раздел 3.3).

В передающей АР для получения однонаправленного излучения и для соблюдения требований по биологической защите рабочего персонала, обслуживающего передатчики, от воздействия ВЧ излучения, используется вертикальный рефлектор. Исследуются характеристики такого рефлектора конечных размеров. Оптимизация параметров рефлектора позволяет снизить объем материальных затрат при построении антенной системы (раздел 3.2).

Для исследования внешних характеристик антенн пространственной волны и характеристик распространения радиоволн используется специальная измерительная антенна, устанавливаемая под обтекателем геофизической ракеты. При этом конструкция антенны должна быть выполнена таким образом, чтобы обеспечивалась развязка малогабаритной рамочной антенны относительно резонирующего на частотах ДРЧ корпуса ракеты. Для этих же целей разработана специальная сверхширокополосная антенна для спутника (раздел 3.4).

Большинство исследований в диссертации проведено численным методом на компьютерных моделях, а разработка антенн проводилась с использованием современных методов машинного проектирования.

В качестве основного инструмента использовалась программа ММАИА. Алгоритм этой программы базируется на решении интегрального уравнения, составленного относительно неизвестных токов в проводах антенны, методом моментов. Решение интегрального уравнения строится в "тонкопроволочном" приближении, что позволяет получить достаточно хорошие результаты в случае КВ антенн, выполняемых, как правило, из "тонких" проводов.

Выводы:

1. Рассмотренный вариант приемной АФАР позволяет не только сэкономить количество приемников и улучшить характеристики антенны в пределах каждого из поддиапазонов, но также существенно уменьшить количество дорогостоящих опор, необходимых для подвески вибраторов.

2. Применение в антенне вибраторов из тонких проводов, позволяет уменьшить ветровые нагрузки и, тем самым, снизить требования, предъявляемые к опорам, на которых монтируется антенна.

3.4 Исследование антенн для измерения внешних характеристик наземных антенных систем

Для калибровки передающих и приемных антенных систем ЗГ РЛС применяются вспомогательные измерительные антенны, которые устанавливаются на летательных аппаратах. Для измерения высотного распределения напряжённости электромагнитного поля (ЭМП) пространственной волны [54] служит приемная рамочная измерительная антенна КВ диапазона, предназначенная для установки на геофизической ракете. Антенна измеряет все три ортогональных составляющих исследуемого поля.

Измерительная антенна позволяет оценить КУ передающей антенны и параметры УМ ДН, а также провести тестирование математической модели ионосферы и исследование характеристик распространения радиоволн в ионосфере.

Измерительная антенна подключается к бортовому многоканальному приёмнику, что даёт возможность произвести за один пуск ракеты одновременное измерение поля сразу на нескольких частотах.

Измерительная антенна устанавливается под обтекателем - в головной части геофизической ракеты, которая поднимается вертикально вверх на высоту до 100 км. С помощью системы телеметрии осуществляется передача на землю результатов измерения исследуемого поля.

Измерительная антенна представляет собой антенную систему, состоящую из 3-х ортогональных рамок. Общий вид антенны показан на рисунке 3.32. W )У Л

3 — ГОЯИ90НТ*Л>КАН

4- емИЖЕНИЕ ОТ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ РАМКИ; s- пош мепмнчесмя сгойкд;

ОСНОВА »И 6 £Л4КЛ

M-KOAKCHAAhHW? КАСЕЛИ С БЧ-МОДЕМАМИ

Рисунок 3.32 Общий вид антенны

Для измерения поля вертикальной поляризации используются две ортогональные рамки, плоскости которых расположены вертикально. Если азимутальная (A3) ДН одной из рамок имеет зависимость sin ф, то у второй рамки она будет соответствовать cos ф.

Для получения всенаправленной A3 ДН на вертикальной поляризации эти рамки могут запитываться в квадратуре, т.е. со сдвигом фаз 90°. Схема запитки двух вертикальных рамок показана на рисунке 3.33.

Для измерения поля горизонтальной поляризации предназначена третья рамка, ортогональная первым двум. Таким образом, для получения полной информации обо всех трёх составляющих исследуемого поля неV V

30е г У

Рисунок 3.33 Схема запитки двух вертикальных рамок обходим 3х канальный приёмник, на входы которого поступают сигналы со всех трёх рамок, либо в случае, когда исследуется лишь две составляющих ЭМП, то достаточно иметь 2х канальный приёмник, сигналы на который поступают с квадратурного сумматора (для двух вертикальных рамок) и с горизонтальной рамки.

Основной проблемой при создании измерительной антенны для геофизической ракеты было обеспечение необходимой развязки антенны относительно корпуса ракеты. Длина корпуса ракеты составляет ~12 м. Поэтому в рассматриваемом диапазоне частот корпус ракеты имеет достаточно большую действующую длину.

Действующая длина рассматриваемой рамочной антенны составляет всего (0,006-0,016) м.

Для обеспечения развязки не хуже ~ 10 дБ основное внимание при конструировании антенны было уделено обеспечению осевой симметрии рамки относительно корпуса ракеты. Для этих целей в горизонтальной рамке «снижение» было выполнено соосно с осью корпуса ракеты (см. рисунок 3.32).

Для оценки уровня развязки рамки относительно корпуса ракеты были проведены измерения на реальном объекте. Рамка с корпусом ракеты размещалась горизонтально на деревянном помосте высотой ~ 5 м. В непосредственной близости с корпусом ракеты располагался измерительный приёмник 8МУ-6, запитываемый от батарей. Для уменьшения наводок прибор помещался в дополнительный экран, соединённый с корпусом ракеты. Оператор располагался рядом с ракетой.

Измерения проводились на ровной местности без каких-либо построек и прочих местных предметов.

Вспомогательная антенна вертикальной поляризации выполнялась в виде несимметричного вибратора высотой ~ 5 м с наземным противовесом из четырёх расположенных на земле радиальных проводов длиной

Вспомогательная антенна горизонтальной поляризации представляла собой симметричный проволочный резонансный вибратор длиной А/2, расположенный на высоте ~ 5 м.

Для измерения УМ ДН, вспомогательные антенны перемещались по окружности радиусом ~ 160 м, в центре которой находилась исследуемая рамочная антенна.

Проведённые измерения показали, что развязка рамки относительно корпуса ракеты на паразитной (горизонтальной) поляризации составляет примерно минус 14 дБ, что вполне приемлемо для правильного измерения составляющих поля (см. рисунок 3.34).

Рисунок 3.34 Развязка рамочной антенны по паразитной поляризации

Для оценки величины развязки горизонтальной рамки относительно корпуса ракеты измерения проводились с помощью антенны горизонтальной поляризации, которая весьма успешно возбуждала весь корпус ракеты. При этом приёмник подключался к испытуемой рамке, которая при горизонтальном положении ракеты оказывалась расположенной вертикально.

В случае неправильной конструкции рамочной антенны и за счёт асимметрии кабеля снижения имело место резкое изменение величины действующей длины рамки, обусловленное влиянием корпуса ракеты. Ре/ зультаты измерения развязки в этом случае приведены на рисунке 3.35. Старый вариант конструкции рамочной антенны, состоящий из одной рамки горизонтальной поляризации, имел встроенный широкополосный антенный усилитель (ШАУ). Поэтому данные, приведенные на рисунке 3.35, даны с учетом КУ этого ШАУ.

Рисунок 3.35 Влияние корпуса ракеты на действующую длину антенны с ШАУ

Для оценки эффективной действующей длины (Ьд) рамочной антенны использовалась расчётная методика в соответствии с её эквивалентной схемой, показанной на рисунке 3.36.

При этом рассчитывалась эффективная (реальная) действующая длина рамочной антенны, т.е. с учётом коэффициента передачи, обусловленного схемой включения антенны, по формуле:

Ид при абсолютной симметрии;

Ьд в случае асимметричной конструкции антенны.

7 8 5 Ю П <2 Л « в *> 17 4 (в 20 24 22 25 |,М%

Рисунок 3.36 Эквивалентная схема рамки где £/# - напряжение на нагрузке, мкВ; £ - ЭДС рамки, мкВ;

Е - напряжённость электромагнитного поля, мкВ/м; пдо —-, - действующая длина рамочной антенны без учета нагрузки (RH-»oc), м; л 300 Л/гт. Я =--частота, МГц;

S = тс-Гр - площадь рамки, м2 ; гр - радиус рамки, м;

Zn = ZA+ZH~ полное сопротивление цепи, Ом; ZA = RA+jXA - сопротивление рамки, Ом;

Ra = 6400-7? -S/À4 - активная составляющая сопротивления , Ом;

ХА = со-Ьр = 2-тг-/-Ьр - реактивное сопротивление рамки, Ом;

Ьр = 2-10' -р-(1п2-р/г~а) - индуктивность провода рамки [52], мкГн; р - 2 -п-г - периметр рамки, м; г - радиус провода рамки (в данном случае радиус трубки, из которой изготовлена рамка), м; а - поправочный коэффициент (см. график в [52]);

2И - сопротивление нагрузки, - полагаем Ян - 75 Ом, Хн «0.

На рисунке 6 приведена расчётная действующая длина рамочной антенны. Там же представлены результаты измерения Ьд в эталонном поле. Эталонное поле было создано с помощью соленоида в виде колец Гельмгольца. Как видно из графиков, результаты расчёта и эксперимента хорошо совпадают.

В результате: расчёт; измерение в эталонном поле.

Т"б.Т1 9 С Ч С Л Й <5 <¿"7: яП,М$1

Рисунок 3.37 Действующая длина антенны

Новая рамочная антенна аттестована по действующей длине и защищена патентом [53]. На рисунке 3.38 приведена фотография измерительной антенны.

Рассмотренная рамочная антенна для геофизической ракеты работала в приемном режиме и предназначалась для исследования высотного распределения электромагнитного поля, создаваемого наземной передающей антенной пространственной волны.

Для калибровки наземных приемных антенных систем пространственной волны использовался спутник (из серии первых спутников) в виде шара диаметром 2 м, который двигался по высокоэллиптической орбите с

Рисунок 3.38 Измерительная антенна заходом в нижние слои атмосферы до высот ~ (140-160) км. Время существования такого спутника составляло всего ~ 3 месяца. На спутнике имелся кварцованный передатчик, работающий в диапазоне частот от 5 до 28 МГц.

Для создания квазиизотропной ДН на спутнике была установлена антенная система, состоящая из 8-ми радиально расположенных несимметричных вибраторов. Длина вибратора 7,5 м, а его диаметр ~ 40 мм. Все вибраторы размещались в экваториальной плоскости спутника с шагом 45° и запитывались от одного передатчика. Сигнал передатчика с помощью делителя 1:8 делился равноамплитудно на 8 выходов с нарастающим (с дискретом 45°) фазовым сдвигом [55]. рами

Исследование ДН, создаваемых такой антенной системой, проводилось путем численного моделирования с помощью математической модели, которая показана на рисунке 3.39. Были проведены расчеты ДН для 2-х вариантов антенных систем, состоящих из 4-х и 8-ми вибраторов. Расчеты ДН проводились в 2-х ортогональных плоскостях для 5-ти частотных точек: 5, 7, 10, 14, 20 и 28 МГц. Результаты расчетов приведены на рисунках 3.40 и 3.41.

Оа 1 65 <58< = 0 <38 {И полвриэвция) ОИ 0 3 ОВй

РФ Тыл »ой« 120 гр Элеаацич во гр

Р 5 ООО МГц г 7 381 )343 2вЗОм КС8 335 6150 О Ом»

Е1еч ф 900 ф (Свободное пространство) (Длязе«лногоутла00ф усиление г 12й81)

Оа 1 95 с1В1 = 0 08 (Н поляртация) йП 0 2<38<3

РВ 2 31 ев Тып Азл* 120 гр ЭпевациябОф Р 7 ООО МГц I 15 428 ;587 173 Ом КСВ 47 4 (500 Ом)

1еу гр ОД 0 гр (Свободное пространство) {Для эеншжко угла О 0 ф усиление * -10 0ВО

С» 2 1б<ЗВ1=0а8 (Н полярпация) С) 0 01 с!Вс)

Р 6 2 16ча Тыл Дат. 120 гр Эпевация60гр Р ЮОООМ-Ц г 40 ¿43 (27 23*<Ом КСВ 1 0 (50 00м)

Е1еу ф &0ОФ (Свободное пространство) (Длй эени*нсо утпа О О ф кипение* -О81ЗВ1}

Оа 2 61 <1В1« О £ЗВ (Н поляризация) Со 0 4« с1В<»

Р В 1 99 <16 Тып Аз им 120 Ф ЭпевациябОгр Р 14 ООО МГц г 127 396 •» (160 854 Ом КС8 е 9 (50 0 0м1

Е£у ф 90 0 ф «Свободное пространство) (Для зенитного утгл О 0 гр »сипение = -0 4 (180

Оа Э 73йВ> (Н поляризация)

15вавс1

РВ -1 31 <ЗВ Тьп Ажм 120ф ЭпееациябО ф Р 20 000 МГц 1 837 384 »¡99472 Ом КСВ 17 О 0 Ом)

Е1еу ф 90 0 ф (Свободное пространство) (Для зенитного угла О 0 ф усиление = 0 7

Оа 41 * О <ЗВ (Ч попярялация) (3* 1д5йБ<1

РВ 16706 ТьлАжм 120Ф Эпева^ябОф Р 28 000 МГц г 67 935 ¡222 531 Ом КСВ 16 * '50 0 Ом)

-р £Ю 0 гр (Свободное пространство) {Для зенитного угла О 0 ф усиление = 1 л <380

Рисунок 3.40 Расчетные ДН для антенной системы из 4-х вибраторов в двух ортогональных плоскостях на частотах: 5, 7, 10,14, 20 и 28 МГц 8

-3

Се 2 3 й01« О 0В (Н поляризация) ОГ1 О 15 йВс»

КВ 40 <88 Тыо А зим 120 гр Эпевация во гр Р 10 ООО МГц г 55 789 ♦ £7 236 Ом КС 8 г 8 0 Ом)

Ейу гр 90 0 гр (Свободное пространства) (Для зенитного «гпа 0 0 гр голение «-О 8 8

За 2 78 d0l г о <38 'Н поляризация) ОГ ОбЗйВЗ

РВ -2 92 <18 Тыл Аэим 120 го Эоеаацкя 60 гр Р 14 000 МГц 2 655 077 ♦ ¡52 068 Ом КСВ 13? О Ом)

Е"еу ф 90 О Ф (Сеободное пространсг&о) |Дпяэвнпногоугпа ООгр усэпение = 13<Я>|)

Рисунок 3.41 Расчетные ДН для антенной системы из 8-ми вибраторов двух ортогональных плоскостях на частотах: 5, 7, 10,14, 20 и 28 МГц

На рисунке 3.42 приведена частотная зависимость КНД для обо] рассмотренных вариантов антенной системы. в 1 I 9 10 II 12 13 14 15 И 17 18 19 20 21 I! 23 24 ¡5 26 27 2

Рисунок 3.42 Частотная зависимость КНД

Как следует из приведенных результатов, антенная система из 8-ми вибраторов дает несколько менее изрезанную ДН, чем антенная система из 4-х вибраторов, при более высоком КНД.

В результате для окончательного варианта была выбрана антенная система 8-ми вибраторов, которая и была реализована на реальном объекте [55].

В связи с произвольной ориентацией спутника (положение спутника не стабилизировалось в пространстве) в процессе его движения по орбите, изрезанность ДН его антенной системы не оказывала существенного влияния на проводимые измерения.

280 Заключение

В диссертационной работе рассмотрены вопросы оптимального (с точки зрения минимальных материальных затрат при заданных требованиях) проектирования крупногабаритных коротковолновых сверхширокополосных передающих и приемных антенн и активных антенных систем (АС) для загоризонтных РЛС пространственной и поверхностной волны, работающих в диапазоне рабочих частот (ДРЧ) от 4 до 28 МГц.

Разработанная в диссертации методология этого проектирования базируется на поиске минимума целевой функции, представляющей собой произведение относительных показателей качества, характеризующих: стоимость излучателей, количество активных элементов (передатчиков или приёмников), длину раскрыва АС и занимаемую ей площадь, неравномерность КНД и стоимость (длину) всех фидеров АС. При этом, в качестве условия оптимизации принято требование, что ширина ДН во всем ДРЧ и секторе обзора не должна превышать некоторой наперед заданной величины, т.е. 2-ф0,7 < Ф°Доп- В процессе оптимизации было определено минимально-необходимое количество поддиапазонов (литеров), на которые разбивался весь ДРЧ, соответствующее минимуму целевой функции. Так например, при коэффициенте перекрытия ДРЧ - 1дрч=2 надо 2 литера, а при 1дрч=4 необходимо 3 литера и при 1дрч=6 достаточно 4 литера. В результате оптимальный коэффициент перекрытия поддиапазона равен: 1,4 <1л< 1,6.

Полученные в работе инженерные соотношения позволяют на практике реализовать процедуру проектирования оптимальных антенных систем.

Разработанная методология согласования по шумам приемных антенн КВ диапазона, базирующаяся на значительном превышении внешних (атмосферных и галактических) шумов над собственными шумами приемника, позволяет в несколько раз уменьшить габариты вибраторов и тем самым существенно снизить стоимость создаваемых устройств.

В качестве исходного условия для согласования по шумам, используется допущение, что потери полезного сигнала за счёт перехода от согласованных (по КСВ) резонансных вибраторов к укороченным (рассогласованным) не должны превышать 1 дБ. В результате, с учётом чувствительности приёмника, определяются: допустимое значение КСВ для укороченного вибратора и его размеры. При этом, в качестве уровня внешних шумов берётся минимально-возможный уровень внешних шумов в районе дислокации РЛС.

Благодаря использованию в приёмных АФУ однонаправленных кардиоидных излучателей, удается отказаться от громоздкого апериодического рефлектора, что также значительно снижает стоимость всего АФУ. Кардиоидный излучатель, при незначительном изменении его внешних характеристик, может работать во всём КВ диапазоне. Однако, его коэффициент передачи в этом случае, может быть ослаблен на 10 дБ и более. Поэтому, для обеспечения неравномерности коэффициента передачи в пределах -1.2 дБ, кардиоидный излучатель также должен выполняться по литерной схеме.

В целях снижения затрат на изготовление передающих антенн поверхностной волны, которые для обеспечения хорошего согласования выполняются резонансными, во многих отечественных и зарубежных разработках использовались несимметричные сверхширокополосные ло-гопериодические вибраторные антенны (ЛПВА). Однако, в связи с тем, что для таких антенн необходим противовес (наземный рефлектор), то токи, текущие по нему, приводили к снижению излучения вдоль поверхности, а, следовательно, и к снижению уровня возбуждаемой поверхностной (земной) волны и усилению излучения под верхними углами места, что в свою очередь приводило к появлению ионосферной помехи.

Поэтому, для передающих антенн поверхностной волны автором был предложен новый тип (имеется патент) симметричной ЛПВА с Т-образными вибраторами, что позволило в ~2 раза уменьшить высоту антенны (по сравнению с классическим вариантом ЛПВА с обычными У2 вибраторами) и, тем самым, сделать её равной по высоте несимметричному излучателю. При этом, в связи с отсутствием противовеса, удалось избежать, отмеченных выше, недостатков несимметричного излучателя.

При проектировании и исследовании проволочных КВ антенн, широко используется сертифицированная программа ММАЫА, базирующаяся на решении интегрального уравнения Поклингтона методом моментов. Хорошее совпадение результатов расчета с экспериментальными данными, позволило существенно сократить сроки проектирования и исследования подобных антенн и антенных систем.

С использованием методологии машинного проектирования и разработанных автором компьютерных моделей, были созданы новые (имеются патенты) специфические антенны для геофизической ракеты и искусственного спутника Земли. С помощью этих антенн проводились измерения внешних характеристик передающих и приемных антенных систем загоризонтных РЛС пространственной волны, а также исследовалось распространение радиоволн в верхних слоях атмосферы.

Кроме того, с использованием разработанной в диссертации методологии оптимального построения схем сверхширокополосных активных ФАР, были спроектированы 4-х литерные передающие и приёмные антенные системы горизонтальной поляризации для загоризонтных РЛС пространственной волны, в которых была реализована и схема удвоения полосы электронной перестройки частоты. В случае приёмного АФУ была предложена новая схема совместного расположения всех 4-х литеров, которая позволяет в пределах раскрыва низкочастотного литера разместить остальные 3 литера АС. В результате существенно уменьшается площадь, занимаемая антенной. Совместное расположение всех 4-х литеров без существенного изменения их внешних характеристик стало возможным благодаря слабому взаимодействию излучателей, обусловленного их большим собственным импедансом за счёт использования укороченных вибраторов.

Аналогичная схема построения приёмных АФУ была реализована и в случае загоризонтных РЛС поверхностной волны, работающих на вертикальной поляризации.

Основные материалы диссертации, опубликованные в журнале «Антенны» в 2006 - 2011 г.г., позволяют в какой-то мере ликвидировать пробел, связанный с отсутствием специальной литературы по проектированию АФУ для загоризонтных РЛС.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что поставленная в диссертационной работе цель достигнута.

1. Радиоэлектроника за рубежом. № 6, 1983.

2. Andeson S.J., Edwards P.J., Marrone P. and Abramovich Y.I., Investigations with SECAR a bistatic HF surface wave radar, Proceedings of the International Conference on Radar, Radar-2003, Adelaide, Australia, September 2003, pp. 717-722.

3. Don Barrick. History, Present Status, and Future Directions of HF Surface-Wave Radars in the U.S., Proceedinngs of the International Conference on Radar, Radar-2003, Adelaide, Australia, September 2003, pp. 652-655.

4. Yongtan Liu, Rongqing Xu and Ning Zhang: "Progress in HFSWR Research at Harbin Institute of Technology", Int. Radar Conf. 2003. Proceedings of the International Conference on Radar, Radar-2003, Adelaide, Australia, September 2003, pp. 522-528.

5. Boswell, A.G.P., "The Tetrahedral Antenna", International Conference on Antennas and Propagation, Vol.1, IEE, April 1997.

6. Активные фазированные антенные решетки. (Под ред. Воскресенского Д.И.). -М.: Радиотехника, 2004.

7. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны. М.: Энергия, 1975.

8. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. М.: Радио и связь, 1983.

9. Марков Г.Т. Антенны. М.: Госэнергоиздат,1960.

10. Айзенберг Г.З. Антенны ультракоротких волн. М.: Связьиздат, 1957.

11. Долуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: Связь, 1965.

12. Муравьев Ю.К. Справочник по расчету проволочных антенн. JL: ВАС, 1978.

13. Николаев В.А. Оптимизация излучателей приемной антенны KB диапазона. "Антенны" №6 (109), 2006.

14. Бабков В.Ю., Муравьев Ю.К. Основы построения устройств согласования антенн. Л.: ВКАС им. С.М.Буденного, 1980.

15. Драбкин А.Л., Зузенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. М.: Сов. Радио, 1961.

16. Коротковолновые антенны. (Под ред. Айзенберга Г.З.). М.: Радио и связь, 1985.

17. Николаев В.А. Алгоритм реализации заданного возбуждения излучателей в активной передающей ФАР диапазона КВ. "Антенны", №1 (116), 2007.

18. Вычислительные методы в электродинамике. (Под ред. Митры Р.) -М.: Мир, 1978.

19. Николаев В.А., Тимашева Т.Г., Влияние наземного рефлектора на уг-ломестные характеристики антенн поверхностной волны. "Антенны", №6 (145), 2009.

20. Фок В.А. Дифракции радиоволн вокруг земной поверхности в распространении электромагнитных волн. М.: Изд-во АН СССР, 1946.

21. Ерохин Г.А. и др. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн. М.: Горячая линия - Телеком, 2004.

22. Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. -М.: Наука. Физматлит, 1999.

23. Чёрный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: Сов. радио, 1972.

24. Николаев В.А. Влияние размеров асимметричного противовеса на УМ ДН несимметричных излучателей КВ диапазона. "Антенны", №4 (107), 2006.

25. Николаев В.А., Базилевская М.К. Измерительная антенна для КВ диапазона. "Антенны", №1 (116), 2007.

26. Николаев В.А., Эжиев А.Г. Методика измерения внешних характеристик наземных КВ антенн поверхностной волны. Доклад на XV международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», г. Воронеж, 2009.

27. Сверхширокополосные антенны. (Пер. с англ./Под ред. Бененсона Л.С.). М.: Мир, 1964.

28. Melvin M.,"Monopole Element at the Center of a Circular Ground Plane Whose Radius is Small or Comparable to a Wavelength", IEEE Trans. Antennas Propagat., vol.AP-35, no.5, pp.488-495, May 1987.

29. Николаев B.A. Антенна поверхностной волны KB диапазона. Доклад на XV международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», г. Воронеж, 2009.

30. Фок В.А. Проблемы дифракции в распространении электромагнитных волн. -М.: Сов.радио, 1970.

31. Конторович М.Н., Астрахан М.И. и др. Электродинамика сетчатых структур. -М.: Радио и связь, 1987.

32. Николаев В.А. Антенна поверхностной волны. Доклад на XXVIII международной научной конференции «Теория антенн и технология». Москва, 1998.

33. Николаев В.А. Антенна поверхностной волны KB диапазона. Доклад на XI международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2005.

34. Патент № 62740. Заявка № 2006120281. Широкополосная антенна. Бакурова O.A. и Николаев В.А. 27.04.2007.

35. Николаев В.А. Крестообразная передающая антенна поверхностной волны. Доклад на XII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», Воронеж, 2006.

36. Николаев В.А., Бакурова O.A. Сверхширокополосная передающая антенна поверхностной волны. "Антенны", №12(115), 2006.

37. Николаев В.А. Малогабаритная сверхширокополосная передающая антенна поверхностной волны. "Антенны", № 6 (121), 2007.

38. Николаев В.А. Однонаправленные излучатели для приемной антенны KB диапазона. "Антенны", №8(111), 2006.

39. Николаев В.А. Оптимизация сверхширокополосных и сверхширокоугольных активных ФАР. "Антенны", №3 (118), 2007.

40. Николаев В.А, Бакурова O.A. Самонесущий вертикальный вибратор для приемной антенны поверхностной волны. "Антенны", №6 (121), 2007.

41. Шведов В.Н. Антенные решетки КВ диапазона на основе безрефлекторных антенных модулей. "Нелинейный мир", №10, Т.4, 2006.

42. Николаев В.А. Оптимизация узкополосной сверхширокоугольной приёмопередающей активной ФАР // Антенны, 2009, вып. 3 (142), с. 6-9.

43. Николаев В.А. Приемная АФАР поверхностной волны. "Антенны", №1(152), 2010.

44. Вершков М.В. Судовые антенны. Л.: Судостроение, 1979.

45. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Электромагнитная совместимость в активной ФАР. Труды 8-го международного симпозиума по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии. Санкт-Петербург, 2009.

46. Николаев В.А., Тимашева Т.Г. Защита от электромагнитного излучения. Труды 8-го международного симпозиума по электромагнит-ной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, 2009.

47. Гончаренко И.В. Антенны КВ и УКВ, ч. I. М.: РадиоСофт, 2004.

48. Базилевская М.К., Николаев В.А., Стрижков В.А. Оценка величины синфазной волны в трактах питания передающего АФУ. "Электросвязь",г'3, 1991.

49. Гигиенические требования к размещению и эксплуатации передающих радиотехнических объектов. СанПиН 2.1.8/2.2.4.1383-03. М.: Минздрав России, 2003.

50. Николаев В.А., Эжиев А.Г. Согласование по шумам приемной антенны КВ диапазона. Доклад на XVI международной научно-техни-ческой конференции «Радиолокация, навигация, связь», г. Воронеж, 2010.

51. Мейнке X., Гундлах Ф. Радиотехнический справочник. М.: Госэнерjгоиздат, 1961.

52. Авторское свидетельство №1401534. Заявка № 4167631. Рамочная антенна. Николаев В.А. 25.04.1985.

53. Базилевская М.К., Николаев В.А. Антенна высотного измерителя поля. Доклад на XII международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь», г. Воронеж, 2006.

54. Авторское свидетельство №1302966. Заявка №3933120. KB антенна для космического аппарата. Базилевская М.К., Николаев В.А. и Давлет-шина Л.Г. 08.12.1986.

55. Альперт Я.Л., Гинзбург В.Л., Фейнберг Е.Л. Распространение радиоволн, ГИТТЛ, -М. 1953г.

56. Азрилянт П.А., Белкина М.Т. Численные результаты теории дифракции радиоволн вокруг земной поверхности, -М, Сов. радио, 1957г.

57. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны, -М., Сов. радио, 1957г.

58. Калинин Ю.К., Фейнберг Е.Л. Распространение земной волны над неоднородной сферической поверхностью земли, Радиотехника и электроника, 1958г., Т.З.

59. Потехин А.Н. Некоторые задачи дифракции электромагнитных волн, -М, Сов. радио, 1948г.

60. Стрэттон Дж. Теория электромагнетизма ГИТТЛ, -М. 1948г.

61. Черенкова Е.Л., Чернышов О.В. Распространение радиоволн, Радио и связь, -М. 1984г.

62. Яцкевич В.А. Логопериодические антенны. -М., Радио и связь, 1994.

63. Исследование ЗГ РЛС КВ-диапазона на поверхностных волнах // Радиоэлектроника за рубежом. 1983г, № 15. С. 34-37.

64. Sheaman R. etc. HP ground wave radar for sea-state and swell measurement; experiments and proposels // Intemational Conference RADAR*82. London 18-20 October 1982. IEE Conference Publication, №216 pp. 101-109.

65. Abramovich Y.I., Spencer N.K., Anderson S.J. "Experimental trials onnon-Gaussian environmental noise mitigation for surface-wave over-thethhorizon radar adaptive antenna array processing", Processings of the 6 IEEE

66. Signal processing Workshop on Higher-Order Statistics, Ceasarea, Israel, pp. 340-344, June 1999.

67. Anderson, S.J., "Directional wave spectrum measurement with multistatic HF surface wave radar" Proceedings of. the IEEE International Geophysics and Remote Sensing Symposium, 1GARSS 2000, Honolulu, July 2000.

68. Anderson, S.J., Bates, B.D., and Tyler, M.A., "HFSurface wave radar and its role in littoral warfare", Journal of Battlefield Technology, Vol. 2, No. 3, pp.23 27, November 1999.

69. Reza M-Dizaji, Tony Ponsford A Cross-Relation Technique for Detection of Targets in Phased Array Radars. Proceedings of the International Conference on Radar Systems RADAR-2004. Toulouse, France, October2004.

70. Lipa, B. J. and Barrick D. F, Extraction of Sea State from HF Radar Sea Echo. Radio Science, 21, 1986, pp. 81-100.

71. Boswell, A.G.P., "The Tetrahedral Antenna" , International Conference on Antennas and Propagation, Vol 1, IEE April 1997.

72. D.J. Emery, D.G. Money, P. Matthewson. Traget Detection and Tracking in a Monostatic HF Surfacewave Radar System, Processing of the International Conference on Radar Systems RADAR-2004, Toulouse, France, October 2004.

73. A.F.Wilkins, E.D.R.Shearman. Back-scatter sounding: an aid to radio propagation studies. Journal of British IRE, 1997, v.17, p.601.

74. Дж.Хидрик, М.Сколник. Загоризонтный радиолокатор ВЧ-диапазона. ТИИЭР, 1974, т.62, №6, с.6-18.

75. J.W.Maresca, jr., J.R.Barnum. Measurement of oceanic wind speed from HF sea scatter by skywave radar. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1977, vAP-25, pp.132-136.

76. J.W.Maresca, C.T. Carlson. HF skywave radar estimates of the track, surface wind and waves of hurricane Anita. AGARD Conference Proceedings, 1979, №263, Chapter 33.

77. J.F.Thomason. Development of over-the-horizon radar in the United States. Proceedings of Conference Radar-2003, Adelaida, pp.599-601.

78. D.Hughes. Tests verify OTH-B radar's ability to detect cruise missiles. Aviation Week and Space Technology, 21 march 1988.

79. T.M.Georges, J.D.Thome. An opportunity for long-distance oceanographic and meteorological monitoring using over-the-horizon defense radar. Bulletin of Atmospheric and Meteorological Society, 1990.

80. Military Electronics Briefing. 2004.

81. J.M.Headrick, J.F.Thomason. Application of high-frequency radar. Radio Science, 1998, v.33, №21, pp.1045-1054.

82. E.Ferraro, D.Ganter. Could war to counter drug. Microwave Journal, 1998, №3, pp.82-92.

83. T.M.Georges, J.A.Harlan, T.N.Lee, R.R.Leben. Observations of the Florida Current with two over-the-horizon radars. Radio Science, 1998, v.33, №4, pp. 1227-1239.

84. J.A.Harlan, T.M.Georges. Observations of hurricane Hortense with two over-the-horizon radars. Geophysical Research Letters, 1997, v.24, №24, pp.3241-3244.

85. T.M.Georges, J.A.Harlan. The case for building a current-mapping over-the-horizon radar. Proceeding of the IEEE Sixth Working Conference on Current Measurement, 11-13 March, 1999, San-Diego.

86. G.Occhipinti et al. NOSTRADAMUS: a new ionospheric seismometer. Proceedings of Conference Radar-2004.

87. C.Kerbiriou, S.Saillant. Use of elevation angle information to improve the Doppler spectrum of sea echoes in HF applications. International Conference on the HF Radio Systems and Techiques, 2000.

88. S.J.Anderson. Remote sensing with the Jindalee skywave radar. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1986, v.OE-11, №2, pp. 158-163.

89. J.C.Wise. Summary of recent Australian radar developments. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, 2004, №12, pp. 8-10.

90. Le-Wei Li. High-frequency over-the-horizon radar and ionospheric back-scatter studies in China. Radio Science, 1998, v.33, №5, pp.1445-1458.

91. Гуткин JI.C. Проектирование радиосистем и радиоустройств, -М., Радио и связь, 1986

92. Старостенков Е.Л. Кирякин Л.Л.

93. Наименование ОПС: Коротковолновая антенна для космического аппарата

94. Наименование, помер и дата выдачи, регистрационный номер охранного документа, территория и срок его действия: Авторское свидетельство 1302966 Заявка 3933120 приоритет о г 22.07.1985 выдана 08.12.1986 г.

95. Патентовладелец (правообладатель): ОАО «НИК «НИИДАР»

96. Автор(ы) ОПС: Башлевская М.К., Николаев В.А. Давлстшина Л.Г.

97. Основание для использования ОПС: РКД на АФУ для изделия 23')6 блок 1Я63КИ (IIM2.09L.012)

98. Использованные пункпл или признаки ОПС и их соответствие описанию в охранном докумеше: иеполыукпея все пункты авторского свидетельства

99. Начало использования ОПС: 1982 год1. Председатель1. Собчук В.А.1. Члены комиссии:1. АКТ внедрения1. АКТиснольюваиии оПьскча промышленной coñci венное i и

100. Насюящий ак! составлен комиссией в состве:1. Г1редседа1ель1. Собч>к В.Д.1. Члены комиссии

101. Алебастров В.Д. Сгаросгенков Е.Д.

102. Наименование ОНС: Рамочная антенна

103. Наименование, номер и дат выдачи, peí исчрационный номер охранною докчмеша. 1ерриюрия и срок ею действия- Авюрское свидоельспю 1401534 Заявка4167631 приоригсго! 26.12.1986 выдано 08.02 1988 г.•^Патентовладелец (правообладатель). ОАО «НИК «НИИДАР»

104. Автор(ы) ОНС Ьазилевская М.К., Николаев В.А. Фроловичева 1 .Н.

105. Основание для использования 011С: РКД на А ФУ ВИН для изделия Х38 блок X63BA-I (IIM2 001.010)

106. Исполыованные пункты или признаки ОПС и их соотнесшие описанию в охранном документе, используются все пункты авторско1 о свидетельства8.11ачало использования OI 1С: 1982 год

107. Председагель «-. Собчук В А1. Члены комиссии1. АКТ внедрения1. АКТиспользования объекта промышленной собственности

108. Настоящий акт составлен комиссией в составе:1. Председагель1. Собчук В.А.1. Члены комиссии

109. Автор(ы) ОПС: Николаев В.А.

110. Основание для использования ОПС: технический проект изделие 5П-50

111. Использованные пункты или признаки ОПС и их соответствие описанию в охранном документе: использованы все пункты описания патента

112. Начало использования ОПС: 2010 год: РКД на Р1М-2: ЗП-Б701 (ПМ2.091.049 СБ); ЗП-Б702 (11М2.091.050 СБ); 311-Б703 (ПМ2.091.051 СБ) и ЗП-Б704 (ПМ2.091.052 СБ)1. Члены комиссии:1. Старостенковков Н.А.