Перспективы совмещенных антенных систем в бортовых станциях радиоэлектронной защиты летательных аппаратов

Введение

Основной характеристикой радиотехниче­ских комплексов с совмещенными приемопе­редающими антенными системами является развязка - пространственный коэффициент связи W между приемной и передающей ан­теннами. Обеспечение W между приемными и передающими антеннами на необходимом уровне позволяет избежать проблемы различения сигналов в приемном устройстве стан­ции на фоне излучения с передатчика. Для реальной чувствительности приемника стан­ции необходим корректный уровень развязки между антеннами, поэтому необходимо доби­ваться максимально возможного W, стараясь сохранить оптимальные характеристики на­правленности и согласования антенн. Однако при этом важно находить компромисс между требуемыми характеристиками передающих антенн и их развязками с приемной антенной.

Развязка между антеннами также харак­теризует связь по ближнему и/или дальнему полю между ними. Больший вклад в простран­ственный коэффициент связи вносит именно связь по ближнему полю. Связь между антен­нами по дальнему полю вносит небольшой вклад, но является трудноустранимой. Для ее уменьшения требуется оптимизировать на­правленность антенн по основному и боковому направлению излучения или приема.

Одним из основных требований, предъ­являемых к бортовым станциям активных по­мех, является малогабаритность. В связи с этим возникает инженерная задача расположения приемных и передающих антенн станции для обеспечения необходимого уровня развязки в ограниченном пространстве. Как правило, «разнести» на существенное расстояние в ус­ловиях эксплуатации бортовой аппаратуры приемную и передающую антенны невозмож­но, поэтому применяются различные погло­щающие структуры [1], материалы [2], геоме­трические особенности конструкции [3] и пр.

Тенденция к уменьшению массогаба­ритных параметров станций помех связана с улучшением элементной базы, поэтому все более строгими становятся требования к габа­ритам для размещения антенн в блоке. Работая на перспективу, нельзя учитывать только один из вариантов улучшения развязки в приемо­передающем тракте, следует также обратить внимание на возможные комбинированные способы [4].

Проверить эффективность методов раз­вязки можно в ходе проведения трехмерного электродинамического моделирования в про­грамме CST с последующим изготовлением макета и экспериментальным изучением полу­ченных характеристик. Использование метода доверительных областей при электродинамиче­ском моделировании позволяет с высокой точ­ностью рассчитать влияние передающих антенн на работу приемной антенны во всем рабочем диапазоне частот станции. Комбинируя разные варианты экранирования и расположений ан­тенн в трехмерной среде, возможно улучшить пространственный коэффициент связи W.

В достаточно большом количестве статей, посвященных известным способам увеличения развязки, отсутствует проработанное решение задачи уменьшения пространственного коэффи­циента связи W между приемными и передаю­щими антеннами совмещенных систем.

Данная статья посвящена научно-тех­ническому решению задачи оптимизации размещения и геометрии антенн с учетом вза­имодействий в ближнем и дальнем полях, сказывающихся на величине краевых токов. Но­визна представленного материала заключается в решении задачи уменьшения пространствен­ного коэффициента связи между приемны­ми и передающими антеннами совмещенных систем. Кроме того, представлено описание применения комбинированных способов уве­личения развязки в малогабаритной станции активных помех летательных аппаратов.

Потенциальная возможность увеличения W проявляется при применении комплексного подхода, включающего реализацию конкретных способов увеличения развязки и расчет пара­метров методом математического трехмерного моделирования. Полученные результаты про­верены и подтверждены на макетном образце.

Исходный антенный блок

В исходном антенном блоке с размерами 200x220x230 мм для уменьшения коэффици­ента связи W был использован только метод применения экранирующих стенок между приемной и передающими антеннами, кото­рый является одним из наиболее действенных. Однако при такой форме экранирующей по­верхности, размещении антенн и использова­нии только указанного метода уменьшения W (рис. 1) достигаемая развязка между приемной и передающими антеннами в заданном (огра­ниченном) объеме пространства обеспечивает корректную работу станции активных помех только при использовании временн0й селек­ции режимов приема и передачи сигналов.

На рис. 2 представлены зависимости коэффициента связи W между антеннами в исходном блоке на примере передающей антен­ны Al и приемной антенны А3 [5].

На рис. 2 показана оценка зависимости коэффициента связи между передающей ан­тенной Al и приемной антенной A3 компью­терной модели и исходного варианта. В данном примере не рассмотрена сравнительная оценка эффективности развязки вариантов А1-А3 и А2-А3, так как передающие антенны Al и А2 изначально конструктивно совмещены. Рас­хождения результатов исследований возможны ввиду того, что при моделировании исполь­зуются идеализированные свойства материа­лов и не учитываются вероятные дифракции в безэховой среде модели в противополож­ность реальному эксперименту, проведенно­му в лабораторных условиях. График экспе­риментальных значений (см. красную линию на рис. 2) получен на отечественном приборе Р2М-18 с включенной функцией межкадрового усреднения. Стоит отметить, что результаты измерения без указанной функции были дина­мически неустойчивыми при эксперименте в имеющихся лабораторных условиях.

Модернизированный блок

Модернизированный блок был существенно доработан с использованием комбинирован­ных мер по уменьшению коэффициента свя­зи W.

Доработка включала в себя (рис. 3):

• электродинамическое моделирование на всех этапах модернизации с целью выяв­ления наилучших мер для получения наибо­лее оптимальных характеристик;
• максимально возможное в заданном объеме и при заданной конструкции внешнего короба и обтекателя пространственное разне­сение приемной и передающих антенн;
• размещение каждой антенны в от­дельных отсеках, изолированных друг от дру­га экранирующими стенками клиновидной формы;
• нанесение на экранирующие стенки поглощающего материала марки «ХВ» [6] тол­щиной 4 мм;
• изменение поляризации приемной и передающих антенн на ортогональную путем поворота антенн А1 и А2 на 90°.

Рассмотрим подробнее распространение поверхностных волн на конструкциях блока, показанных на рис. 4. Представлено псевдо- цветовое распределение распространяющихся электрических поверхностных волн (ЭПВ) по внутренним стенкам антенного блока между приемной и передающей антеннами, включая расположение максимума. Красным цветом обо­значены места «застоя» ЭПВ. Энергия в этих местах не излучается в пространство, из-за чего возникают «стоячие волны», повыша­ющие уровень отражений на входах антенн. Синим цветом выделены области минимума ЭПВ по амплитуде, т. е. где ЭПВ отсутствует в данный момент времени. Видно, что на обеих частотах узор псевдоцветового представления распределения поля в обоих отсеках с переда­ющей и приемной антеннами идентичен. Это подтверждает высокую связь по ближнему полю ввиду несовершенства конструкции ис­ходного варианта.

Каждый отсек, где расположены прием­ная антенна А3 и передающие антенны А1 и А2, экранирован друг от друга (см. рис. 4, б), на стенках отсеков закреплен поглощающий материал ХВ. По этой причине не наблюда­ется идентичных яркостных точек и идентич­ных узоров распространения ЭПВ поля, как на рис. 4, а.

Таким образом, связь между приемной и передающей антеннами по ближнему полю уменьшена, что показано на графике рис. 5.

Развязка характеризуется по большей ча­сти связью по дальнему полю, т. е. простран­ственной и поляризационной разнесенностью антенн и их высотой, а также толщиной экранирующих стенок между ними. Заметно улуч­шение развязки по сравнению со значениями на рис. 2. Изготовленный макет показан на рис. 6.

Заключение

Представлены результаты технического реше­ния задачи увеличения развязки в совмещен­ном антенном блоке малогабаритной станции активных помех летательного аппарата.

При создании нового антенного бло­ка был использован комбинированный ме­тод улучшения параметров. В результате зна­чения развязки увеличились с 28...45 дБ до 54...76 дБ. Сравнив результаты исследования представленных антенных блоков, можно сде­лать вывод, что использование комбинирован­ных вариантов является наиболее перспектив­ным методом улучшения развязки.

При использовании рассмотренного ком­бинированного варианта можно применять следующие методы улучшения модуля коэф­фициента связи между антеннами:

• электродинамическое моделирование;
• пространственное разнесение антенн в стороны друг от друга;
• специальные формы экранирующих стенок;
• использование поглощающих мате­риалов.

Полученные результаты могут быть при­менены при разработках бортовых систем ле­тательных аппаратов с близко расположенны­ми антеннами.