Preview

Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей»

Расширенный поиск

Перспективы совмещенных антенных систем в бортовых станциях радиоэлектронной защиты летательных аппаратов

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрены два варианта блоков антенных систем на предмет уменьшения коэффициента связи между приемной и передающими антеннами. Первый вариант представляет собой исходный приемопередающий антенный блок авиационной станции активных помех, в котором размещены две передающие антенны в непосредственной близости в общем отсеке и приемная антенна в отдельном отсеке, отделенном объемной перегородкой со скошенными углами. Второй вариант – модернизированный приемопередающий антенный блок малогабаритной станции активных помех, в котором каждая из антенн расположена в индивидуальном отсеке, отделенном крестообразной перегородкой; при этом приняты дополнительные меры по улучшению модуля коэффициента связи между антеннами. В обоих вариантах антенных блоков используются аналогичные широкополосные антенны типа Вивальди.

Для цитирования:


Жуков А.Н., Жуков Р.В., Рожков С.С. Перспективы совмещенных антенных систем в бортовых станциях радиоэлектронной защиты летательных аппаратов. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(4):40-45.

For citation:


Zhukov A.N., Zhukov R.V., Rozhkov S.S. Prospects of combined antenna systems in onboard electronic protection systems of aircraft. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(4):40-45. (In Russ.)

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.

 

Рис. 1. Модель антенного блока: а - вид сверху; б - вид сбоку; в - общий вид в обтека­теле

 

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°.

 

Рис. 3. Общий вид модернизированного блока с крышкой (а) и открытым СВЧ трактом (б)

 

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.

 

Рис. 4. Распространение ЭПВ внутри исходного (а) и модернизированного (б) антенного блока

 

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.

 

Рис. 6. Изготовленный макет

 

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.

Список литературы

1. Фельд Я. Н., Бененсон Л. С. Основы теории антенн: 2-е изд., перераб. М.: Дрофа, 2007. 491 с.

2. Мицмахер М. Ю., Торгованов В. А. Безэховые камеры СВЧ. М.: Радио и связь, 1982. 128 с.

3. Справочник по антенной технике: в 5 т. Т. 1 / под общ. ред. Л. Д. Бахраха, Е. Г. Зелкина; под ред. Я. Н. Фельда. М.: ИПРЖР, 1997. 256 с.

4. Веденькин Д. А., Латышев В. Е., Седельников Ю. Е. Оценка коэффициентов связи антенн для задач обеспечения ЭМС бортового РЭО перспективных беспилотных авиационных комплексов // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 12. С. 1–16.

5. Gibson P. J. The Vivaldi aerial // Proceedings of the 9th European Microwave Conference. Brighton, 1979. Pp. 103–105.

6. Пластины эластичные марок «ХВ». Технические условия. ТУ 6-00-5761783-322-89. Введ. 01–01–90. 17 с.


Об авторах

А. Н. Жуков
АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга»; «МИРЭА – Российский технологический университет»
Россия

Жуков Александр Николаевич – начальник сектора АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга», аспирант четвертого года обучения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет». Область научных интересов: сверхширокополосные антенны, устройства сверхвысоких частот, технологии сверхвысоких частот, радиофотонные антенны.

г. Москва



Р. В. Жуков
АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга»; «МИРЭА – Российский технологический университет»
Россия

Жуков Ростислав Витальевич – инженер первой категории АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга», аспирант первого года обучения федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет». Область научных интересов: сверхширокополосные антенны, устройства сверхвысоких частот, технологии сверхвысоких частот, электродинамическое моделирование устройств сверхвысоких частот и радиофотонных устройств, математическое и имитационное моделирование.

г. Москва



С. С. Рожков
АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга»; «МИРЭА – Российский технологический университет»
Россия

Рожков Сергей Сергеевич – инженер АО «ЦНИРТИ им. академика А. И. Берга», студент шестого курса федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «МИРЭА – Российский технологический университет». Область научных интересов: сверхширокополосные антенны, устройства сверхвысоких частот и их технологии, радиоэлектронные системы и комплексы.

г. Москва



Для цитирования:


Жуков А.Н., Жуков Р.В., Рожков С.С. Перспективы совмещенных антенных систем в бортовых станциях радиоэлектронной защиты летательных аппаратов. Вестник Концерна ВКО «Алмаз – Антей». 2017;(4):40-45.

For citation:


Zhukov A.N., Zhukov R.V., Rozhkov S.S. Prospects of combined antenna systems in onboard electronic protection systems of aircraft. Journal of «Almaz – Antey» Air and Space Defence Corporation. 2017;(4):40-45. (In Russ.)

Просмотров: 33


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2542-0542 (Print)