4.6. Методы образования равносигнального направления

Из всех возможных методов образования равносигнального направления наибольшее распространение в практике радиолокации получили методы двух антенн, трех антенн, дефазирования и дефокусировки.

Образование равносигнального направления методом двух антенн уже было рассмотрено выше, при изложении сущности равносигнального метода пеленгации (4.4). Пеленгационная характеристика, соответствующая двум положениям входного переключателя, для случая, когда обе антенны используются только как приемные, будет иметь вид

где α₀ - угол между осью диаграммы направленности и осью симметрии антенной системы (рис. 4.14).

Пеленгационная способность согласно формуле (4.31) будет

Подставляя значение n из формулы (4.2), получаем

Из этого выражения видно, что пеленгационная способность, а следовательно, и точность пеленгации зависят от ширины диаграммы направленности и отношения При пеленгационная способность возрастает. Однако при этом, как следует из формулы (4.33), уменьшается значение f(α₀), что ведет к уменьшению отношения сигнал/помеха на равносигнальном направлении. Поэтому отношение берут порядка 0,4-0,5.

Образование равносигнального направления методом трех антенн сводится к следующему. Антенная система станции состоит из трех антенн (рис. 4.22), направления максимумов диаграмм направленности которых перпендикулярны к базе. Две крайние антенны А₁ и А₂ идентичны и включены противофазно.

Рис. 4.22. Образование равносигнального направления методом трех антенн

Тогда при использовании трех антенн только в качестве приемных напряжение на входе приемника, соответствующее двум положениям входного переключателя, будет

где U₃ - напряжение на входе приемника от средней антенны,

U_p - разностное напряжение крайних антенн.

Если U_p ≠ 0, то периодическое переключение входного переключателя будет вызывать амплитудную модуляцию входного сигнала. Глубина амплитудной модуляции будет зависеть от величины отношения и сдвига фаз напряжений U₃ и U_з. При неизменной величине отношения наибольшая глубина амплитудной модуляции будет тогда, когда напряжения U₃ и U_p находятся только в фазе и противофазе.

В этом случае

Так как разностное напряжение согласно формуле (4.19) равно

а

то

Следовательно, пеленгационная характеристика

Как видим, f₁(0) = f₂(0). Это означает, что равносигнальное направление будет при α = 0.

Пеленгационная способность согласно формуле (4.31) будет

Из этой формулы следует, что для повышения пеленгационной способности необходимо увеличивать отношения и ^d/_λ. Необходимо, однако, иметь в виду, что увеличение отношения за счет уменьшения U₀₃ не целесообразно, так как это ведет к ухудшению отношения сигнал/помеха на равносигнальном направлении. Увеличение П за счет увеличения отношения ^d/_λ лимитируется условиями однозначности пеленгации, поскольку при ^d/_λ > 1, как это следует из формулы (4.35), будет несколько равносигнальных направлений. Однако неоднозначность пеленгации можно устранить, если выполнить среднюю антенну направленной. При этом ширина диаграммы направленности не должна превышать ширины зоны однозначного пеленгования. Для иллюстрации сказанного на рис. 4.23, а и б представлены пеленгационные характеристики при ненаправленной и направленной средней антенне.

Рис. 4.23. Пеленгационные характеристики при образовании равносигнального направления методом трех антенн: а - средняя антенна ненаправленная, б - средняя антенна направленная

Способ получения равносигнального направления методом трех антенн обычно применяют в радиолокационных станциях метрового диапазона волн.

Рассмотрим теперь образование равносигнального направления методом дефазирования.

Пусть антенная система станции состоит из двух одинаковых, синфазно включенных антенн (рис. 4.24), направления максимумов диаграмм направленности которых перпендикулярны к базе. При использовании антенн только в качестве приемных напряжение на входе приемника, соответствующее двум положениям входного переключателя согласно формуле (4.18), будет

где φ_ф - изменение фазы колебаний на участке фидера от точки a до точки b.

Рис. 4.24. Образование равносигнального направления методом дефазирования

Отсюда пеленгационная характеристика

Как видим,

Это означает, что равносигнальное направление будет при α = 0.

Пеленгационная способность согласно формуле (4.31) будет

Из полученного выражения видно, что пеленгационная способность зависит от отношения ^d/_λ и величины φ_ф. При увеличении отношения ^d/_λ пеленгационная способность возрастает. Однако при ^d/_λ > 1 будет несколько равносигнальных направлений, что ведет к неоднозначности пеленгования.

Для устранения неоднозначности необходимо применять антенны с шириной диаграммы направленности, не превышающей ширины зоны однозначного пеленгования.

Длину фазирующего фидера l_ф выбирают из следующих соображений. При φ_ф → π пеленгационная способность возрастает, но при этом, как это следует из формулы (4.37), уменьшается f(0), а следовательно, и отношение сигнал/помеха на равносигнальном направлении. Поэтому длину фазирующего участка выбирают такой, чтобы φ_ф было порядка

В рассмотренном варианте реализации метода дефазирования пеленгационная характеристика при переключении входного переключателя совершает скачкообразное перемещение в плоскости расположения антенн. Однако метод дефазирования позволяет получить и коническое вращение пеленгационной характеристики в пространстве. На рис. 4.25 представлена одна из возможных схем включения антенн, обеспечивающая такое вращение пеленгационной характеристики. Антенная система состоит из четырех антенн, две из которых расположены в азимутальной плоскости, и две другие - в угломестной плоскости. Все четыре антенны идентичны, а направления максимумов их диаграмм направленности параллельны между собой. Антенны через одинаковые фидеры подключаются к четырем точкам фазирующего кольца. Напряжение с фазирующего кольца снимается при помощи вращающегося ползунка. Если, например, ползунок находится в точке 1, то пеленгационная характеристика будет расположена ниже оси симметрии (рис. 4.25). Если же ползунок находится в точке 2, то пеленгационная характеристика будет расположена выше оси симметрии. Когда ползунок находится в одной из точек присоединения азимутальных антенн, пеленгационная характеристика будет смещена в сторону противоположной антенны.

Рис. 4.25. Схема включения антенн, обеспечивающая конический обзор

При вращении ползунка ось пеленгационной характеристики будет перемещаться в пространстве по конусу. В результате образуется равносигнальное направление, которое будет совпадать с осью симметрии антенной системы. Такой способ обеспечения конического обзора применяется в станциях метрового диапазона. В станциях сантиметрового диапазона в качестве фазосдвигающих элементов можно применять отрезки волноводов.

Образование равносигнального направления методом дефокусировки осуществляется следующим путем.

Как известно, в параболических антеннах направление максимума диаграммы направленности определяется положением облучателя относительно фокуса параболического зеркала. Если облучатель находится в фокальной плоскости, но смещен относительно фокуса, например, вверх (рис. 4.26), то ось диаграммы направленности будет направлена под некоторым углом к оси зеркала вниз. Когда облучатель будет смещен вниз, ось диаграммы направленности будет направлена вверх. При перемещении облучателя по окружности, центр которой совпадает с оптической осью зеркала, ось диаграммы направленности будет описывать в пространстве конус. В результате образуется равносигнальное направление, совпадающее с оптической осью зеркала. Такой метод образования равносигнального направления имеет весьма широкое применение в диапазоне сантиметровых волн.

Рис. 4.26. Образование равносигнального направления методом дефокусировки

В качестве облучателя обычно применяют несимметричный вибратор, геометрический центр которого находится в фокусе параболического зеркала, а электрический центр смещен относительно фокуса. Тогда при вращении вибратора электрический центр его будет совершать необходимое движение по окружности в фокальной плоскости.

Следует иметь в виду, что вращение вибратора приводит к вращению и плоскости поляризации. Если по каким-либо причинам это не желательно, то коническое развертывание может быть получено при неподвижном облучателе путем вращения параболического зеркала, ось которого смещена на некоторый угол от оси вращения.

Пеленгационная характеристика при использовании антенны только в качестве приемной будет иметь такой же вид, что и в случае образования равносигнального направления методом двух антенн [формула (4.33)]. Поэтому пеленгационная способность может быть определена по формуле (4.34).

Следует иметь в виду, что при любом из рассмотренных методов образования равносигнального направления, использование антенной системы не только в качестве приемной, но и в качестве передающей, приводит к увеличению пеленгационной способности и два раза, что, естественно, ведет к соответствующему повышению точности пеленгации.