Amplituda, fazni pomak i talasna dužina (frekvencija) su glavne karakteristike svakog talasa
Uz interferenciju, u zavisnosti od talasne dužine i fazne razlike između njih, talasi se međusobno pojačavaju ili slabe u različite tačke svemir
Prvi put na lovcu: radar aviona MiG-31 sa PFAR "Zaslon"
PFAR "Irbis-E" je instaliran na avionima Su-35
Posljednja škripa: AFAR "Žuk-AE" na MiG-35
Zapadni konkurenti također imaju svoje AFAR-ove - na primjer, američki AN / APG-81, koji se planira ugraditi na perspektivni F-35
Uz pomoć AFAR-a, također možete izvršiti topografsko snimanje područja - bez odvlačenja pažnje od glavnog rada radara na brodu (sliku je snimio AFAR AN / APG-81)
PREDNJA SVJETLA se koriste ne samo na avionima, već i na radarima na zemlji (fotografija prikazuje višenamjenski radar Don-2N) ...
... i na pomorskim brodovima - poput četiri radara 348 na kineskom razaraču Haikou
Fazni antenski nizovi (PAR) najvažniji su alat za moderne radare i najoštrije "oko" modernih lovaca. Vrijedi napomenuti da su na avione FAR stavili dva mogući tipovi- pasivni (na primjer, "Zaslon" - prvi PFAR na svijetu, instaliran na lovcima MiG-31) i aktivni (na primjer, "Zhuk-AE" na novom MiG-35). Vjeruje se da AFAR - potreban element Avion pete generacije. Ali da biste razumeli šta je to i kako funkcioniše, morate krenuti izdaleka.
Ključna riječ ovdje - "antena". Podsjetimo, svaka antena je uređaj za emitiranje i prijem radio valova. Antene se koriste i za komunikaciju i za otkrivanje neprijateljske opreme. U najjednostavnijem slučaju, antena radi na način šišmiša, emitujući ultrazvuk u svemir, nečujan našim ušima, koji, reflektirajući se od okolnih objekata, daje životinji predstavu o njima.
Tako su radili prvi radari koji su branili britanska ostrva od napada Luftwaffea: emitovali su radio emisiju u svemir i "slušali" reflektovani signal. Iz karakteristika refleksije možete matematički izračunati neka svojstva objekta koji je reflektirao radio val - na primjer, njegove koordinate. Međutim, od tada su i nauka i tehnologija napravile veliki iskorak, a moderni FAROVI nisu ništa sličniji svojim prethodnicima nego novom kompjuteru - mašini za šifrovanje Colossus (o tome smo govorili u članku "Britanski kolos").
Za razliku od obične antene, antenski niz predstavlja cijeli niz od stotina (a ponekad i hiljada) pojedinačnih emitera. Svi ovi emiteri rade zajedno, na način da se faze radio talasa koje emituju menjaju na složen način (otuda definicija "fazni").
Podsjetimo da je radio val, kao i svaki drugi val, poprečna oscilacija električnog i magnetskog polja. I, kao i svako "pristojno" oklijevanje, karakteriše ga:
Amplituda, koja određuje "snagu" vibracije.
Talasna dužina i povezana frekvencija vibracije. Ova vrijednost određuje prirodu elektromagnetne oscilacije. Radio talasi imaju talasne dužine u rasponu od desetinki milimetra do desetina metara. Za radar se koriste centimetarske talasne dužine, sa frekvencijom od oko 3-30 GHz.
Faza - odnosno stanje oscilatornog sistema u ovog trenutka vrijeme. Budući da su naša talasna dužina i frekvencija, u principu, konstantne, faza radarskog signala pokazuje trenutni "položaj" talasa na skali amplitude.
Od ovih karakteristika posebno nas zanima faza, odnosno fazna razlika oscilacija. Iz školskog kursa fizike pamtimo da se talasi, susrećući se u različitim tačkama u prostoru, interferiraju, odnosno "rekombinuju" jedni sa drugima u skladu sa razlikom njihovih faza u tim tačkama. Oboje se mogu međusobno pojačati i oslabiti.
Završimo malu teorijsku digresiju i vratimo se na PAR. Kao što se sjećamo, svaka antena u nizu zrači odvojeno od ostalih, ali u koordinaciji s njima - tako da se može kontrolisati fazna razlika radio signala koje emituju - što znači da možete kontrolisati smetnje talasa na tačkama prostor koji nam je potreban. Radeći to, odmah ćemo postići mnogo prednosti.
Prvo, moći ćemo, po našoj volji, napraviti signal ili širok ili vrlo usko usmjeren i, u principu, dati mu najrazličitiji oblik koji nam je potreban. To omogućava i značajno štedi energiju, poboljšavajući „skeniranje“ samo u područjima koja nas zanimaju.
Da biste suzili snop, možete, naravno, koristiti konvencionalnu hiperboličnu antenu, ali je problematično instalirati je u avion, a njena kontrola snopa zahtijeva rotiranje cijele antene - a to nije lak zadatak. Takve su antene, u principu, instalirane na ranijim letjelicama, ali to je i glomazno i sporo, a ako počnete rotirati antenu dovoljno brzo, neizbježno će se pojaviti problemi s upravljivošću.
Ovo nas dovodi do druge prednosti FAROVA: da bismo promijenili smjer radio zraka, ne moramo rotirati same FAROVE: dovoljno je promijeniti faznu razliku signala koje emituju antene. To znači da glomazna i složena hidraulička oprema nije potrebna, a vrijeme se gubi na rotiranje glomazne antene: prebacivanje faze kontrolira elektronika, a kretanje fokusirane "pažnje" faznog niza događa se gotovo trenutno.
U ovom slučaju, PAR prima signal iz svih pravaca – ali u nekim od njih postaje znatno osjetljiviji, što ga čini posebno korisnim, recimo, za praćenje otkrivene mete. Ovo je već stvar koju nije sramota staviti u bilo koji avion!
Prvo su u tu svrhu korištene pasivne fazne antenske mreže (PFAR), koje imaju jedan emiter i jedan prijemnik. Njegove ćelije ne sadrže odvojene emitere i prijemnike, već posebne fazne pomerače, koji, primajući signal od emitera, mijenjaju njegovu fazu na pravi način... Ali modernija verzija je aktivni fazni niz (AFAR), čija svaka ćelija ima svoj emiter i prijemnik, iako, naravno, svi rade pod kontrolom jednog elektronskog centra. Svaka AFAR ćelija sama emituje signal kontroliran u fazi i frekvenciji, i to u većini složene verzije- i po amplitudi.
Za razliku od PFAR-a, oni su mnogo osjetljiviji i pouzdaniji: kvar emitera ili prijemnika ne čini cijelu AESA beskorisnom gomilom željeza, ona nastavlja da radi: u AFAR-u postoje stotine takvih prijemnika-predajnika! Pa, moderni moćni računari dodatno proširuju mogućnosti ovog alata, omogućavajući vam istovremeno praćenje desetina ciljeva, uključujući i zemaljske - pa čak i mapiranje terena paralelno s glavnim radom.
Štaviše, postaje moguće raditi s njim različite frekvencije zračenje, povećanje otpornosti na buku, ili, recimo, korištenje AFAR-a za ometanje neprijatelja: jedan dio ćelija radi kao radar, a drugi kao ometač. Konačno, oni su ekonomičniji: u PFAR-u postoje veliki gubici signala tokom prijenosa na fazne pomjerače, ali u AFAR-u oni jednostavno ne postoje.
Naravno, u ovom moru meda bilo je mjesta i poprilična količina katrana. Glavna glavobolja za programere AFAR radara je hlađenje. Takva masa emitera izuzetno se pregrije, pa čak i tokom leta hlađenje zraka je potpuno nedovoljno, te morate koristiti tekući sistem napunjen posebnim rashladnim sredstvima.
Drugi problem je trošak: u modernom AFAR-u broj pojedinačnih ćelijskih elemenata dostiže stotine, ili čak 1-1,5 hiljada. A ako svaki od njih ne košta previše - recimo, nekoliko stotina dolara - onda ukupan iznos ispada prilično dobro.
Aktivna fazna antena (AFAR) - vrsta antene s faznom rešetkom (PAR).
U aktivnom faznom nizu, svaki element niza ili grupa elemenata ima svoj vlastiti minijaturni mikrovalni predajnik, bez jedne velike cijevi odašiljača koja se koristi u radarima s pasivnim faznim nizom. U aktivnom faznom nizu, svaki element se sastoji od modula koji sadrži utor za antenu, fazni pomerač, predajnik, a često i prijemnik.
Poređenje s pasivnom rešetkom
U konvencionalnom pasivnom nizu, jedan odašiljač snage od nekoliko kilovata napaja nekoliko stotina elemenata, od kojih svaki emituje samo desetine vati snage. Moderno mikrovalno tranzistorsko pojačalo može, međutim, proizvesti i desetine vati, au aktivnom radaru s faznim nizom, nekoliko stotina modula, svaki od desetina vati, stvara općenito snažan glavni radarski snop od nekoliko kilovata.
Iako je rezultat identičan, aktivni nizovi su mnogo pouzdaniji, budući da kvar jednog odašiljačko-prijemnog elementa niza iskrivljuje dijagram usmjerenosti antene, što donekle degradira karakteristike lokatora, ali generalno on ostaje u funkciji. Katastrofalan kvar lampe odašiljača, što je problem kod konvencionalnih radara, jednostavno se ne može dogoditi. Dodatna prednost - ušteda na težini bez velike lampe velike snage pripadajući sistem hlađenja i veliko napajanje visokog napona.
Još jedna karakteristika koja se može koristiti samo u aktivnim nizovima je mogućnost kontrole pojačanja pojedinačnih modula za prijenos i prijem. Ako se to može učiniti, raspon uglova kroz koje se snop može skretati uvelike se povećava, a time se mogu zaobići mnoga ograničenja geometrije niza koja imaju konvencionalne fazne nizove. Takve mreže se nazivaju mreže superuvećanja. Iz objavljene literature nije jasno da li bilo koja postojeća ili planirana antenska mreža koristi ovu tehniku.
nedostatke
AFAR tehnologija ima dva ključna problema:
Rasipanje snage
Prvi problem je disipacija snage. Zbog nedostataka mikrotalasnih tranzistorskih pojačala (monolitno mikrotalasno integrisano kolo, MMIC (engleski) ruski ), efikasnost predajnika modula je obično manja od 45%. Kao rezultat, AFAR emituje veliki broj toplota koja se mora raspršiti da bi se čipovi predajnika ne topili i pretvorili u tečni galijum-arsenid - pouzdanost GaAs MMIC-a je poboljšana na niskim radnim temperaturama. Tradicionalno zračno hlađenje, koje se koristi u konvencionalnim računalima i avionici, nije pogodno za velike gustoće pakiranja AFAR elemenata, zbog čega su moderni AFAR hlađeni tekućinom (američki projekti koriste polialfaolefinsko (PAO) rashladno sredstvo, slično sintetičkoj hidrauličnoj tekućini). Tipičan sistem za tečno hlađenje koristi pumpe koje ubrizgavaju rashladno sredstvo kroz kanale u anteni, a zatim ga ispuštaju u izmjenjivač topline - to može biti ili hladnjak zraka (radijator) ili izmjenjivač topline u spremniku goriva - s drugom tekućinom koja hladi toplinu petlja za razmjenu za uklanjanje visoka temperatura iz rezervoara za gorivo.
U poređenju sa konvencionalnim borbenim radarom sa vazdušno hlađen, AFAR je pouzdaniji, ali će trošiti više električne energije i zahtijevati intenzivnije hlađenje. Ali AFAR može pružiti mnogo veću snagu odašiljanja, što je neophodno za veći domet detekcije cilja (povećavanje snage odašiljanja, međutim, ima nedostatak - povećanje traga duž kojeg neprijateljsko radio-izviđanje ili RWR može otkriti radar) .
Cijena
Drugo pitanje je cijena masovne proizvodnje modula. Za borbeni radar koji obično zahtijeva 1.000 do 1.800 modula, cijena AFAR-a postaje neprihvatljiva ako modul košta više od sto dolara svaki. Rani moduli koštali su oko 2.000 dolara, što nije dozvoljavalo masovnu upotrebu AFAR-a. Međutim, cijena takvih modula i MMIC čipova stalno opada, budući da se cijena njihovog razvoja i proizvodnje stalno smanjuje.
Uprkos svojim nedostacima, aktivne fazne nizove nadmašuju konvencionalne radarske antene u skoro svakom pogledu, obezbeđujući veće performanse praćenja i pouzdanost, iako uz izvesno povećanje složenosti i moguće cene.
Prijemno-predajni modul
AFAR primopredajni modul
Prijemno-predajni modul- to je osnova prostornog kanala obrade signala u AFAR-u.
To uključuje aktivni element- pojačalo koje ovaj uređaj čini elektrodinamički nerecipročnim. Stoga, kako bi se osiguralo da uređaj može raditi i za prijem i za prijenos, u njemu su razdvojeni kanali za prijenos i prijem. Razdvajanje se vrši ili komutatorom ili cirkulatorom.
Prijemni kanal
dio prijemni kanal uključuje sljedeće uređaje:
- Uređaj za zaštitu prijemnika- obično ili odvodnik ili drugi uređaj za prag koji sprečava preopterećenje prijemnog kanala.
- Niskošumno pojačalo- dva ili više stupnjeva aktivnog pojačanja signala.
- Phaser- uređaj za fazno kašnjenje signala u kanalu za postavljanje fazne distribucije po cijelom otvoru rešetke.
- Attenuator- uređaj za podešavanje (spuštanje, prigušivanje) amplitude signala za podešavanje distribucije amplitude duž otvora rešetke.
Kanal za prijenos
Kompozicija kanala za odašiljanje je slična onoj u prijemnom kanalu. Razlika je u odsustvu zaštitnog uređaja i nižim zahtjevima za buku za pojačalo. Međutim, predajno pojačalo mora imati veću izlaznu snagu od pojačivača za prijem.
Proizvedeni radari na brodu sa AFAR-om
- AN / APG-63 (V) 2/3 (F-15 C / E)
- AN / APG-79 (F / A-18 E / F)
- AN / APG-80 (F-16 Blok 60)
- AN / APG-81 (F-35)
- AN / APQ-181 (B-2 Spirit)
- EL / M-2052 (F-15, MiG-29, Mirage 2000)
vidi takođe
Linkovi
Wikimedia fondacija. 2010.
Intervju sa generalnim direktorom N.I. V.V. Tihomirov Jurija BelogJurij Ivanovič Bely rođen je 1951. godine. Završio je Moskovsku višu tehničku školu po imenu V.I. N.E. Bauman. Od 1974 - na vojna služba... Bio je vojni predstavnik u Istraživačkom institutu za izradu instrumenata, zamjenik načelnika Uprave za naručivanje vazduhoplovstva. Od 1987. - šef vojnog predstavništva u NIIP-u. Vojni čin - pukovnik. Od marta 1998. - direktor NIIP-a. Trenutno - generalni direktor JSC NIIP im. V.V. Tihomirov“. Doktor nauka, akademik Međunarodne akademije za informatizaciju, član Naučno-tehničkog saveta Vojnoindustrijskog kompleksa pri Vladi Ruske Federacije. Kavalir Ordena prijateljstva i "Za zasluge otadžbini" IV stepena.
Jedna od glavnih komponenti visokih borbenih sposobnosti modernih lovaca je savršen sistem upravljanja oružjem, koji se zasniva na moćnoj vazdušnoj radarskoj stanici. Svi lovci porodice Su-27 i Su-30 koji se isporučuju na svjetsko tržište i služe u domaćem ratnom vazduhoplovstvu opremljeni su sistemima za kontrolu naoružanja razvijenim u OJSC „Istraživački institut za instrumentalno inženjerstvo imena V.I. V.V. Tihomirov“. NIIP je pionir u polju radara s faznom rešetkom (PAR). Prvi put je na lovcu presretaču MiG-31 korišćen radar "Tihomirovskaja" sa faznom rešetkom. Počevši od aviona Su-30MKI, radari sa FAROVIMA su već instalirani na lovcima Suhoj. Ove godine počelo je testiranje novog multifunkcionalnog lovca Su-35, za koji NIIP stvara najnapredniji radar u svojoj klasi sa pasivnom faznom rešetkom "Irbis-E". A za obećavajući lovac pete generacije, Tihomirovci razvijaju svoj prvi radar sa aktivnom faznom antenskom rešetkom (AFAR). Da bi saznao kako se rad na ovim temama razvija, dopisnik Vzlyota Andrej Fomin sastao se sa generalnim direktorom OAO N.I. V.V. Tihomirov ” Jurija Belog, koji je ljubazno pristao da da intervju za naš časopis.
Jurije Ivanoviču, recite nam kako teku testovi radarskog sistema upravljanja sa faznom rešetkom "Irbis-E".
Program se uspješno razvija. Nastavljamo da letimo u letećoj laboratoriji Su-30MK2 sa eksperimentalnim setom radarskih sistema upravljanja Irbis-E sa predajnikom od 1 kW - letimo skoro godinu i po dana i dobili smo potvrdu glavnih karakteristika. Većina režima je razrađena, posebno - višenamenski režim vazduh-vazduh, režim detekcije dugog dometa, režimi vazduh-površina sa niskim, srednjim i visoka rezolucija... Osim toga, proizveden je set radarskih kontrolnih jedinica, uključujući i standard odašiljača od 5 kilovata za serijski Irbis-E, koji je u laboratorijskim ispitivanjima - završavamo ih u u cijelosti ove godine
Osim toga, proizveli smo dva kompleta sistema radarske kontrole za ugradnju na eksperimentalne avione Su-35. Prvi od njih, koji je već testiran u laboratorijama NIIP-a, a potom iu odgovarajućim odjelima KnAAPO, ugrađen je na drugi primjerak Su-35. Kada, prema rasporedu testiranja aviona, dođe na red letna ispitivanja radarskog kompleksa, mi ćemo ga uključiti. Da bi se osigurala testiranja Irbisa na Su-35, pripremljena je kontrolno-remontna automobilska stanica (KRAS) sa radnim mestima - stoga ćemo uskoro početi da letimo pravim avionom sa kompletnim Irbis kompleksom. Drugi set za naredni prototip aviona je takođe proizveden, od nas pregledan i predat na prijem. Uskoro će biti instaliran i na brodu. Tako je program testiranja Irbisa u punom jeku, a dok Su-35 bude spreman za serijsku proizvodnju, njegov radarski sistem će biti u potpunosti razvijen.
Radarski sistem upravljanja sa FAROVIMA "Bars" koji je sada u velikoj proizvodnji. Koristi se za lovce Su-30MKI, Su-30MKM i Su-30MKA koje isporučuju zračne snage Indije, Malezije i Alžira. Osim toga, u Indiji se razvija licencna proizvodnja "Bars", a V.V.
Da li je moguće ugraditi Irbis na ranije proizvedene avione Su-27 u toku njihove modernizacije?
Ova opcija je razrađena u okviru programa Su-27SM2. U stvari, radi se o sistemu radarske kontrole koji se trenutno testira u letećoj laboratoriji sa kilovatnim predajnikom (snaga aviona ne dozvoljava upotrebu predajnika od 5 kW na ranije puštenom Su-27). Stoga je verzija Irbisa koja je sada u letećoj laboratoriji gotovo gotov komplet za modernizaciju borbenih aviona. Međutim, očito zbog financijskih razloga, odlučeno je da se razvije modernizacija Su-27SM bez promjene tipa radara, već samo povećanjem njegovih sposobnosti - uvođenjem novih načina rada, osiguranjem upotrebe novih vrsta naoružanja itd. Takav avion je napravljen i ove godine je ušao u letna testiranja. Ali treba imati na umu da testovi mogu trajati više od godinu dana, a preostali kalendarski resurs borbenih boraca, od kojih su "najmlađi" objavljeni početkom 90-ih, u međuvremenu se stalno smanjuje. Jedini izlaz iz ove situacije može biti kupovina novih aviona - tipa Su-35, koji odmah imaju radarski sistem Irbis. Rusko ratno vazduhoplovstvo već se približilo takvoj odluci. Na predstavljanju Su-35 na LII za štampu u julu ove godine, glavnokomandujući Ratnog vazduhoplovstva, general-pukovnik Aleksandar Zelin, rekao je da postoji mogućnost naručivanja novih aviona tipa Su-35. razmatralo se prenaoružavanje dva ili tri puka ruskog ratnog vazduhoplovstva.
Postoje li planovi za razvoj prethodnika Irbisa, radarskog sistema Bars koji se koristi na avionima tipa Su-30MKI? Ima li gdje da se krenemo na ovu temu?
Još ima prostora za kretanje. Uzmimo, na primjer, Su-30MKI. Sprovedena su evaluaciona ispitivanja trenutne konfiguracije Bars na avionima Su-30MKI u Indiji, koja su potvrdila eliminaciju svih komentara. A sada indijsko ratno vazduhoplovstvo postavlja pitanje: uključiti svih 140 aviona licencirani program, proračunat do 2014. godine, u maski odobrenoj kasnih 90-ih. - nerazumno. Stoga nam nude da izvršimo modernizaciju „Barsa“ u procesu licencne proizvodnje, uklj. zahtijevaju korištenje AFAR-a na njemu. Sa naše strane, mi smo razvili predloge koji predviđaju dvostepenu modernizaciju. U prvoj fazi "Bars" ostaje sa pasivnim faznim nizom, ali će se povećati mogućnosti radara u pogledu režima rada i karakteristika. A u drugoj fazi, uzimajući u obzir temelje za AFAR stečene do tada u okviru rada na avionu pete generacije, Bars već može biti opremljen aktivnom faznom antenskom rešetkom. Indijsko ratno zrakoplovstvo trenutno razmatra ove naše prijedloge i nadamo se da će uskoro biti donesena odluka o tome kako izvršiti modernizaciju Barce.
Radarski kontrolni sistem "Irbis-E" na brodu Su-35 = na aeromitingu MAKS-2007 (gore) i letećoj laboratoriji Su-30MK2 (dole)
Ako je u pitanju modernizacija, recite nam kako napreduju radovi na modernizaciji SUV-a Zaslon lovaca-presretača MiG-31. Rusko ratno vazduhoplovstvo već je zvanično objavilo da je ovog proleća dobilo prvi modernizovani avion ovog tipa...
Prelazimo na temu "Barijera", prvo morate napomenuti da je ovo naša osnovni razvoj, sa kojim smo započeli upotrebu elektronskog skeniranja u avionu, korišćenje digitalnih računara – to je bilo prvi put u našoj domaćoj praksi. SUV "Zaslon" sa faznim nizom na borbenom avionu MiG-31 je apsolutni prioritet ne samo za NIIP im. V.V. Tihomirov, ali i širom naše zemlje. Od tada je prošlo mnogo godina (a MiG-31 je usvojen 1981.), a kompleks, naravno, zahtijeva modernizaciju. Ovaj rad se nastavlja. Prošle godine završena je prva faza državnih zajedničkih ispitivanja (GSI) modernizovanog MiG-31. Fabrika Leninec počela je da isporučuje modifikovane sisteme za proizvodne avione, a prvi od njih ušao je u upotrebu ove godine. Istovremeno, na GLIT-u u Ahtubinsku u toku su ispitivanja druge faze GSE-a, koja bi trebalo da bude završena do kraja ove godine.
Šta je već urađeno? Prvo, modernizacija je uticala na informaciono i kontrolno polje kabine navigatora: novi sistem indikacija na LCD-u sa novim tipovima prikaza informacija. Drugo, domet kompleksa je povećan. Treće, proširen je raspon korišćenog oružja. Istovremeno, sama antena ostaje nepromijenjena, ali su neke VCS jedinice promijenjene, kompjuterski sistem je potpuno zamijenjen. Već obustavljene mašine koje se koriste na MiG-31 ustupaju mjesto modernim kompjuterima nove generacije. U budućnosti planiramo dalje povećanje kapaciteta kompleksa.
I na kraju dolazimo do najvažnije stvari – rada na AFAR-u. Prije nešto više od godinu dana, na aeromitingu MAKS-2007, prvi put su prikazani puni fragmenti prototipova aktivnih faznih nizova koje je razvio NIIP. Kao što znate, vaš institut je vodeći razvijač radio-elektronskog sistema sa AFAR-om za avione pete generacije. Kako se razvijaju ovi radovi?
Radovi se odvijaju po planu, prema ugovoru koji smo potpisali sa kompanijom Suhoj. By ovaj red vožnje u novembru ove godine, prva puna veličina potpuno opremljena primopredajnim modulima i podešenim AFAR-om će biti isporučena na štand za spajanje sa ostalim blokovima stanica. Danas je prva antena već u potpunosti sastavljena, završena i prebačena na postavljanje. U NE Istok je pokrenuta proizvodnja prijemno-predajnih modula na bazi monolitnih mikrokola, u toku je montaža drugog uzorka, a započeta je nabavka delova i modula trećeg uzorka. Tako danas već imamo tri antene u proizvodnji. Stalno će izlaziti na testiranje - prvo, kao što rekoh, u novembru, drugo - u martu-aprilu sledeće godine, itd. Već iduće godine AFAR bi trebao biti instaliran na jedan od prvih prototipova aviona pete generacije koji se trenutno grade u KnAAPO-u, a 2010. godine započeti njegova letna testiranja. Danas sa sigurnošću možemo reći da su svi tehnički problemi u razvoju i proizvodnji primopredajnih modula prevaziđeni. Sada rješavamo pitanja o anteni u cjelini - o hlađenju, uparivanju, kontroli snopa, ali, naglašavam, sve se kreće po odobrenom rasporedu. Kako testiranje bude odmicalo, postepeno ćemo povećavati sastav kompleksa – prvo na tribinama, zatim na avionima, na kraju – doći ćemo do kompletnog kompleta predviđenog projektnim zadatkom.
Fragment punog prototipa AFAR-a serije X koji je razvio N.I. V.V. Tihomirov, prvi put javno prikazan na aeromitingu MAKS-2007 u avgustu 2007.
Koliko može trajati cijeli ciklus testiranja i finog podešavanja AFAR-a?
Kao što znate, razvoj modernog radara obično traje 5-7 godina. Dakle, ako kao polaznu tačku uzmemo tekuću 2008. godinu, kada je počelo pravo testiranje opreme, onda možemo pretpostaviti da će naš sistem biti potpuno spreman za rad otprilike do 2014-2015. Situacija je slična iu inostranstvu: čak i sa F-22, koji je već dugo stavljen u upotrebu, nisu svi AFAR načini rada u potpunosti razrađeni. S tim u vezi, treba napomenuti da NIIP im. V.V. Tikhomirova ima bogato iskustvo sa faznim antenskim nizovima. Amerikanci su svojevremeno propustili fazu pasivnih FAROVA - prelazak sa proreznih rešetki direktno na AFAR. Imamo veliko iskustvo u oblasti faznih nizova, koje postoji već 40 godina (i tvrdimo da se AFAR razlikuje od pasivnog faznog niza u stvari samo po tehnološkom dizajnu emitera, a mi preuzimamo ostatak matematičke i aparata za modeliranje iz faznog niza koji smo već dobro savladali), što nam daje ozbiljne prednosti, uklj. i vrijeme finog podešavanja. Imamo na raspolaganju takve razvoje u faznom nizu kakve nema niko drugi na svijetu!
Vjerovatno pratite rad na AFAR-u koji se izvodi i u inostranstvu i kod nas. Možete li navesti neke karakteristike vašeg projekta u odnosu na ostale, njegove prednosti?
Pa, to je prilično teško porediti sa Amerikancima, jer je vrlo malo stvarnih (a ne reklamnih) informacija, a može se suditi samo po nekim indirektnim znacima. Ali smatramo da smo zacrtali i implementiramo karakteristike koje barem nisu inferiorne, ali zapravo nešto superiornije od onih koje posjeduju, na primjer, radari sa AFAR-om aviona F-22 i F-35. Što se tiče poslova koje obavljaju drugi domaći programeri radara, glavna razlika leži u tehnologiji. Oslanjamo se na najsavremenije svjetske tehnologije monolitnih mikrotalasnih mikro kola, dok naše domaće kolege koriste tzv. hibridne tehnologije, koji su, na primjer, u Evropi već napušteni. Kao i mi, Amerikanci grade svoje AFAR-ove na monolitnim mikrokolama, sa perspektivom povećanja stepena njihove integracije i prelaska u budućnosti na ono što se zove "intelektualno kućište" - tj. primopredajni moduli mogu se nalaziti bilo gdje u avionu, formirajući potrebno polje zračenja. Tako smo na glavnom svjetskom putu razvoja AFAR-a.
Možemo li reći da se tehnologije dobijene tokom razvoja AFAR-a u okviru ovog programa mogu koristiti u budućnosti za izradu radara za druge avione i općenito za druge vrste opreme?
Naravno. Na primjer, prije ili kasnije može se postaviti pitanje razvoja novog laganog lovca pete generacije ili opremanja AFAR-a moderniziranim avionima generacije "4+", "4++" itd. I u ovom slučaju, umjesto ponovnog "izmišljanja kotača", bolje je koristiti već dokazane tehnologije, istovremeno osiguravajući proizvodno opterećenje (na kraju krajeva, što je veći opseg proizvodnje modula za odašiljanje i prijem, to je njihova cijena niža) . Zadatak će se u ovom slučaju svesti jednostavno na skaliranje: ostat će sve iste tehnologije i komponente, a bit će potrebno samo smanjiti promjer antene. Ovo više nije naučni zadatak, već čisto konstruktivan i tehnološki. Dalje. Moduli primopredajnika koji su već savladani u proizvodnji mogu se koristiti u radarima, na primjer, u protivavionskim raketnim sistemima. Dakle, što više aplikacija nađemo za već dokazane tehnologije, to bolje. Uostalom, ako smo ranije imali zadatak da kreiramo i „promovišemo“ proizvodnju, sada može nastati suprotna situacija: kapaciteti su „promovisani“, a potrošnja mala. Samo u uslovima dobrog proizvodnog opterećenja cijena modula može biti prihvatljiva.
A kakva je vaša vizija - u budućnosti će biti mjesta za oba smjera razvoja faznih nizova (aktivni i masivni), ili će se razvojem AFAR-a linija pasivnih faznih nizova zaboraviti?
Vjerujem da će, barem u dogledno vrijeme, oba pravca imati svoju nišu. AFAR će moći zamijeniti konvencionalne fazne nizove samo ako njihova elementarna baza postane vrlo jeftina. U međuvremenu, čak iu uvjetima masovne serijske proizvodnje, na sadašnjem nivou tehnologije, cijena AFAR-a i PAR-a značajno se razlikuje. Dakle, prerano je da pasivni PAR odu u istoriju.
Vladimir SCHERBAKOV Fotografija kompanije "Sikorsky"
Eli Bruckner
Konstantno rotirajuća radarska antena, koja usmjerava visokofrekventne signale prema horizontu za otkrivanje udaljenih objekata, sastavni je dio panorame modernog aerodroma. Međutim, u mnogim istaknutijim aplikacijama radara kao što su avijacija, protuzračna odbrana i izviđanje, mehanički kontrolirano antensko ogledalo počinje da se zamjenjuje novim tipom uređaja. Skup malih identičnih antena smještenih u istoj ravni, od kojih je svaka sposobna odašiljati i primati signale, zamjenjuje konkavni reflektor. Zraka koju stvara ovaj set antena putuje preko vazdušnog prostora dok sam antenski sistem ostaje nepomičan. Smjer elektromagnetnog zračenja koje stvara radar postavlja se posebnim elektronskim uređajem, a upravljanje snopom se zasniva na korištenju fenomena interferencije elektromagnetnih valova. Ova tehnička inovacija koja se koristi u radarskim sistemima naziva se fazne antene. Istovremeno, osnovni principi izgradnje radarskih stanica ostaju isti.
Rad svih radarskih stanica zasniva se na usmjerenom zračenju radio signala. Obično se frekvencija zračenja nalazi u mikrotalasnom opsegu, od 3 108 do 1010 Hz, iako neke vrste radarskih stanica sa vrlo dugog dometa akcije rade u visokofrekventnom (HF) opsegu i ultra-visoke frekvencije(mikrovalna), odnosno u rasponima od 3 106 do 3 107 Hz i od 3 107 do 3 108 Hz. U zavisnosti od svog oblika, antena emituje uski, visoko usmereni snop pogodan za precizno praćenje cilja, ili široki snop u obliku lepeze, koji je najprikladniji za posmatranje širokih područja vazdušnog prostora.
Kada signal koji šalje antena dođe do objekta, on se reflektuje. Ako su snaga odašiljenog impulsa, osjetljivost antene i reflektivnost objekta dovoljno visoki, radarska stanica može detektirati reflektirani signal koji pada na antenu. U zavisnosti od tipa radara i vrste emitovanog impulsa, reflektovani signal se prenosi razne informacije o cilju.
Smjer iz kojeg dolazi reflektirani signal određuje lokaciju objekta, a ako radar emituje impulse energije, a ne kontinuirani signal, zatim se po vremenskom kašnjenju između slanja impulsa i prijema reflektovanog signala može suditi i o udaljenosti do objekta. Neki radari omogućavaju merenje Doplerovog pomaka frekvencije reflektovanog signala (tj. razlike između frekvencija direktnog i reflektovanog signala), koji se javlja kada izvor zračenja (u u ovom slučaju cilj) i prijemnik (radar) se pomiču jedan u odnosu na drugi. Veličina Doplerovog pomaka se koristi za izračunavanje brzine objekta prema ili udaljenoj od antene.
Za datu udaljenost do objekta, reflektirani intenzitet signala daje neke indikacije veličine objekta. Riječ "reprezentacija" ovdje se koristi namjerno: dva predmeta iste veličine, ako imaju različite oblike ili su napravljeni od različitih materijala, slat će reflektirane signale koji se značajno razlikuju po intenzitetu. Da dobijete više tačne informacijeŠto se tiče veličine objekata, neke radarske stanice emituju tako kratke impulse da su fizički kraći od ciljeva koje mogu sresti na svom putu. Ako radarska stanica emituje energiju samo nekoliko milijarditi dio sekunde, tada do trenutka kada se prijenos impulsa završi, njen prednji dio preći će udaljenost u prostoru veličine jednog ili nekoliko metara. Takav impuls u svemiru kraći je od, na primjer, aviona. Radio signali se reflektuju i sa daleke i sa bliže površine mete, a u slučaju izuzetno kratkog impulsa generišu se dva reflektovana signala. Vremenski interval između ova dva odjeka odgovara dužini mete.
Od radara konvencionalnog tipa posmatra široka područja vazdušnog prostora, može prikupiti informacije o velikom broju objekata. Međutim, između uzastopnih trenutaka kada se isti cilj pojavi u vidnom polju radara, neizbježno postoji određeni (ponekad značajan) vremenski interval. Ciljana stopa ažuriranja informacija, tj. frekvencija kojom se jedan te isti cilj fiksira radarom, za većinu stanica sa rotirajućom antenom ne prelazi brzinu rotacije ogledala antene oko svoje ose. U radarima kontrole zračnog prometa, na primjer, zelena radijalna linija koja se kreće preko ekrana, ostavljajući na njoj oznake koje karakteriziraju novu lokaciju aviona i nose druge informacije o njoj, rotira se istom brzinom kao i samo ogledalo antene. Informacije o posmatranom objektu u takvim radarskim stanicama obično se ažuriraju svakih šest sekundi, a čak iu najnaprednijim vojnim stanicama informacije se rijetko ažuriraju više od dva puta u jednoj sekundi.
Postoje okolnosti u kojima nove informacije položaj i kretanje ciljeva treba češće dobijati. Jedan radar sa mehanički kontrolisanom antenom može obezbediti kontinuirano prikupljanje podataka o jednom ili više blisko raspoređenih objekata stalnim praćenjem rotirajući antenski sistem. Međutim, za rješavanje mnogih borbenih i izviđačkih zadataka, kao što je praćenje s ratnog broda nekoliko projektila koji se kreću prema njemu iz različitih smjerova, ili pažljivo promatranje leta nekoliko komponenti podijeljene bojeve glave prilikom testiranja interkontinentalnih balističkih projektila, svaka od velikog broja ciljeva mora se kontinuirano pratiti. Donedavno se u takvim slučajevima koristilo nekoliko radarskih stanica, od kojih je svaka bila namijenjena praćenju jednog ili više ciljeva. Pojavom radarskih stanica sa faznim antenskim nizom, nestala je potreba za korištenjem nekoliko radara s mehanički upravljanim antenama u takvim slučajevima. Sada ih može zamijeniti samo jedna stanica opremljena novim antenskim sistemom. Primjer je radarska stanica, kodnog naziva COBRA DANE, koja ima faznu antenu; instaliran je na obali Beringovog mora i može istovremeno pratiti stotine ciljeva raspoređenih u prostoru ograničenom na 120° po azimutu i oko 80° po visini. U stvarnosti, radarska stanica posmatra ove ciljeve istovremeno automatski bacajući svoj snop s jedne na drugu metu u vremenu mjerenom u mikrosekundama.
Elektronsko upravljanje snopom koje postiže tako velike mogućnosti zasniva se na upotrebi jednostavnog fizički fenomen... Kada obližnji izvori istovremeno emituju energiju na istoj frekvenciji, talasi koji izlaze iz ovih izvora se zbrajaju. Ova pojava se naziva interferencija. Priroda interakcije dvaju talasa iz dva izvora razmaknuta u prostoru zavisi od faznog pomaka između ovih talasa. Ako se vrhovi i korita jednog vala, respektivno, poklapaju s vrhovima i donjim dijelovima drugog vala (fazni pomak je jednak 0), tada će rezultirajuća oscilacija imati ukupnu amplitudu. Ako valovi nisu u fazi i njihovi vrhovi i korita se ne poklapaju, tada će rezultirajući signal biti oslabljen ili (pri pomaku faze od 180 °) jednak 0.
Fazni antenski niz obično se sastavlja od zračećih elemenata koji se nalaze u istoj ravni i na istoj udaljenosti jedan od drugog, na koje se dovode mikrovalni signali jednake amplitude i koji se poklapaju u fazi. Glavni oscilator generiše signal, a tranzistori i specijalne lampe dizajnirane za rad u mikrotalasnom opsegu, kao što su lampe putujućih talasa, ga pojačavaju. Ako se signali emituju u fazi iz svih elemenata niza, tada se njihove amplitude sabiraju u određenim tačkama u prostoru duž linije koja je okomita na ravan niza. Shodno tome, emitovani signal će biti jak, a signal reflektovan od objekata koji leže na putu njegovog širenja duž ose okomite na ravninu antenskog niza i pod malim uglom u odnosu na njegove strane imaće intenzitet dovoljan za njegovo širenje. detekcija.
Pri velikim uglovima odstupanja od okomite ose antenskog niza, signali različitih zračećih elemenata moraju putovati na nejednake udaljenosti do cilja. Kao rezultat toga, omjer njihovih faza se mijenja i one ometaju, slabeći ili potpuno uništavajući jedni druge. Dakle, izvan uskog konusa, čija se os poklapa sa okomitom osom antenskog niza i u kojem postoji smetnja u pojačavanju amplitude rezultujućeg talasa, signali reflektovani od objekata imaju mali intenzitet i ne mogu biti otkriveno. Fizički principi koji su u osnovi formiranja interferentnih obrazaca omogućavaju određivanje širine ovog konusa. On je direktno proporcionalan radnoj talasnoj dužini zračenja i obrnuto proporcionalan veličini antenskog niza. Ako svaki element antenskog niza emituje signale u fazi sa ostalima, tada se radarski snop širi u smjeru strogo okomitom na ravan niza.
Pretpostavimo sada da su signali svakog elementa koji emituje kasni za vrijeme koje se ravnomjerno povećava od elementa do elementa duž ravni niza. U ovom slučaju, signal koji emituje svaki element će zaostajati za signalom susjednog elementa za dio valne dužine. Kao rezultat, svi signali će biti van faze jedan u odnosu na drugi. Sada zona u kojoj se pojedinačni signali poklapaju u fazi i, kada se dodaju, daju signal ukupne amplitude, kojom možete otkriti mete, nije smještena duž okomite osi niza, već je pomjerena u smjeru povećanja kašnjenje signala. Ugao otklona zraka zavisi od faznog pomaka emitovanih signala susjedni elementi antenski niz, veličina potonjeg i talasna dužina. I u ovom slučaju, snop ima oblik uskog konusa okruženog područjima slabljenja interferencije. Dakle, radarski snop se odbija bez promjene položaja antene.
Kada se reflektirani signal vrati od mete, koja je u ovom novom smjeru, determiniranom povećanjem faznog pomaka, sklop osigurava vremensko kašnjenje prenijeti signal, uvodi nova serija kašnjenja pojedinačnih signala koji pristižu na svaki od zračećih elemenata. Budući da prednji dio povratnog vala dopire do antenskog niza pod uglom u odnosu na njegovu ravan, elementi antene koji su posljednji emitovali signal (bliži su meti) prvi primaju reflektirani impuls. Dakle, isti niz kašnjenja, zbog kojih se stvara zadana usmjerenost zračenja, osigurava da sve komponente reflektiranog signala stignu do prijemnog uređaja u jednoj fazi, što omogućava njihovu obradu kako bi se dobila informacija o cilj.
Kontrola faznog kašnjenja omogućava skretanje snopa konvencionalnog antenskog niza pod uglom do 60° od okomite ose, što obezbeđuje vidno polje od 120° po azimutu, tj. trećina kružne linije horizonta, a ako ravan rešetka ima dovoljan nagib, onda od horizonta do zenita i daleko iza njega. Budući da kontrola snopa nije povezana ni sa kakvim mehaničkim podešavanjem, kretanje zraka u cijelom vidnom polju traje samo nekoliko mikrosekundi. Koristeći kompjuter za izračunavanje potrebnih faznih pomaka za odbijanje zraka do željenog ugla i za kontrolu kašnjenja signala, radar s faznom rešetkom kao što je COBRA DANE može pratiti nekoliko stotina ciljeva istovremeno.
Elektronski uređaj koji omogućava kontrolu radarskog snopa i stvara potrebno kašnjenje mikrovalnog signala kada se primijeni na svaki element antenskog niza naziva se fazni pomak. Sastoji se od vrlo preciznih dužina kabla ili talasovoda. Povećanje dužine kabla, kroz koje se signal iz generatora ili pojačala dovodi do zračivog elementa, dovodi do kašnjenja u vremenu prolaska signala. U praksi je nemoguće osigurati da se dužina svih kablova, kroz koje se signali dovode do zračećih elemenata faznog niza, glatko mijenja, osiguravajući kontinuiranu promjenu faznih kašnjenja. Stoga se fazni pomak izvodi u skokovima. Svaki element antenskog niza povezan je sa nekoliko kablova različite dužine. Da bi se dobili fazni pomaci koji obezbeđuju zadati otklon snopa, svaki krug uključuje odredjenu kombinaciju kablovi.
Radar COBRA DANE koji se koristi u izviđačke svrhe, na primjer, koristi uređaje za pomicanje faze od tri elementa. Svaki takav uređaj ima tri trakaste linije različite dužine, svojevrsne talasovode koji prenose mikrotalasne oscilacije duž uske bakrene trake koja se nalazi između dve uzemljene bakarne ploče. Jedna od trakastih linija povećava dužinu putanje signala za iznos jednak polovini talasne dužine, oko 15 cm, jer radna frekvencija radar COBRA DANE je približno 1 GHz. Ovo osigurava fazni pomak od 180° u signalu u odnosu na signal bez odgode. Druga traka-linijska veza obezbeđuje kašnjenje signala od četvrtine talasne dužine, tj. omogućava fazni pomak od 90°. Dužina treće prugaste linije je takva da stvara kašnjenje jednako jednoj osmini valne dužine, što odgovara faznom pomaku od 45°. U raznim kombinacijama, ove tri prugaste linije mogu promijeniti fazu signala za bilo koji broj stupnjeva, djeljivih sa 45, od 0 do 315°.
Postepena promjena veličine kašnjenja faze bi vjerovatno trebala dovesti do pojave mrtvih zona. Kako se onda radarski snop može kretati neprekidno koristeći osam različitih faznih kašnjenja u intervalima od 45°? Odgovor na ovo pitanje leži u svojstvima interferentnih obrazaca. Kad god fazna razlika između signala emitovanih sa suprotnih strana antenskog niza dostigne 360°, ili jednu valnu dužinu, područje interferencije, gdje se formira snop ukupne amplitude, pomjeraće se u prostoru za udaljenost približno jednaku njegovoj širini. . Stoga, da bi se snop okomit na ravan antenskog niza (ima ovaj smjer kada se svi signali emituju u fazi) pomjerio u susjednu poziciju bez formiranja mrtve zone između ova dva položaja, ukupni fazni pomak duž ravnine antenskog niza treba da bude približno 360°.
Nije bitno da li se fazni pomaci duž ravnine rešetke povećavaju kontinuirano ili postepeno (svakih 45°). Postepena promjena faznih pomaka dovodi samo do blagog smanjenja snage zračenja i određenog gubitka osjetljivosti antenskog sistema. Da biste osigurali nesmetano kretanje snopa antenskog niza sa uređajima za pomicanje faze od tri elementa, možete postaviti manju vrijednost ukupnog pomaka faze, na primjer, 180 °, tj. četiri puta 45°.
Ako se snop treba odbiti od okomitog smjera za iznos veći od njegove širine, ukupna promjena faze duž ravnine antenskog niza mora biti veća od 360°. Zbog periodične prirode elektromagnetnih talasa fazni pomak višestrukih talasnih dužina je ekvivalentan 360°. Za ukupnu promjenu faze veću od 360 °, linearno povećanje kašnjenja faze od nule do 360 ° mora se ponoviti nekoliko puta u cijeloj ravnini antenskog niza. Prva serija kašnjenja obezbeđuje ukupan fazni pomak za jednu talasnu dužinu, druga serija ga povećava na dve talasne dužine, itd. Grafički, promjena vrijednosti faznog kašnjenja duž ravnine antenskog niza predstavljena je u obliku zubaca pile: što su njihove kosine strmije i što je njihov broj veći, to je snop oštriji.
Iz jednostavnih geometrijskih pravila slijedi da s povećanjem odstupanja grede od okomitog smjera efektivno područje antena se smanjuje. Kao rezultat toga, osjetljivost fazne antene na signale reflektirane od mete brzo se smanjuje pri uglovima otklona zraka od okomite ose za više od 60 °. Stoga, jednofazna antena ne može pružiti istu vidljivost u svim smjerovima kao mehanički rotirajuće antene. Jedno od rješenja ovog problema je korištenje nekoliko antenskih nizova okrenutih ravnima različite strane... Drugi način za proširenje područja pokrivanja fazne antene je lociranje u vodoravnoj ravnini ispod leće u obliku kupole koja reflektira zračenje, a zbog toga se povećava kut skretanja radarskog snopa. Kada antenski niz formira snop na 60° prema zenitu, upotreba sočiva može pružiti još veći otklon, do 90° prema zenitu, tj. prema horizontu. Dakle, sočivo vam omogućava da vidite cijelu hemisferu zračnog prostora pomoću antenskog niza. Leća može biti izrađena od posebne keramike ili plastike koja reflektira mikrovalno zračenje. Takođe može delovati kao fazni pomerač drugog stepena za dalje odlaganje faze signala koji emituje antenski niz.
Kada se fazna kontrola koristi za slanje kratkog impulsa pod velikim uglom u odnosu na okomitu osu antenskog niza, emitovani impuls će neizbežno biti izobličen - rastegnut u vremenu i prostoru. Pretpostavimo da antena emituje impuls od 5 ns. Ako je zračenje radarske stanice usmjereno strogo okomito na ravninu antenskog niza, tada impuls ima pravokutni uzdužni presjek u prostoru; njegova širina je jednaka širini antenskog niza, a dužina je udaljenost koju elektromagnetski talas pređe za 5 ns, tj. 1,5 m. Ako, pak, zbog faznog pomaka, snop značajno odstupi od okomite ose, tada će uzdužni presjek impulsa imati oblik paralelograma. U odnosu na cilj, dužina impulsa će biti veća od 1,5 m, jer signali koje emituju pojedini elementi antenskog niza do cilja ne dolaze istovremeno, već uzastopno. Reflektirani impuls koji se vraća u antenski niz također će biti rastegnut.
Za detekciju i praćenje ciljeva obično se koriste impulsi mnogo dužeg trajanja, na primjer 1000 ns, a izobličenje unutar nekoliko nanosekundi je od male važnosti. Protezanje impulsa, zauzvrat, ima mali utjecaj na sposobnost radarske stanice da odredi lokaciju i brzinu cilja prema prirodi reflektiranog signala. Za odvojeno posmatranje ciljeva koji se kreću u bliskoj formaciji, međutim, potrebno je emitovati kratke impulse. Takođe su neophodni za određivanje veličine mete na osnovu signala koji se reflektuju sa njegove prednje i zadnje površine. Ako se odaslani kratki impuls rasteže, tada reflektirani signali više ne dolaze odvojeno, već se spajaju, što otežava dobivanje traženih informacija.
metoda, kao to, koji se koristi za upravljanje snopom pomicanjem faza signala, pomaže i u ovom slučaju; omogućava vam da zadržite oblik pulsa. Da bi se osigurao potreban fazni pomak, potrebno je odgoditi signale samo za vrijeme koje odgovara dijelovima valne dužine. Kašnjenja potrebna da bi se izbjeglo rastezanje impulsa ekvivalentna su cijelom broju valnih dužina. U ovom slučaju, emitovanje signala pojedinih elemenata antenskog niza vrši se uzastopno, a napredovanje u emisiji svakog signala u odnosu na naredni je proporcionalno udaljenosti koju signal mora preći do cilja. Rezultat je isti efekat kao kada bi se antenski niz rotirao, držeći metu u smjeru okomite ose. Ova tehnika je poznata kao upravljanje snopom s vremenskim kašnjenjem. Slično metodi koja koristi povećanje kašnjenja faze, omogućava slanje na datom pravcu signal koherentnog i stoga snažnog zračenja.
Tako velika kašnjenja, ekvivalentna udaljenosti od nekoliko metara, koju signal putuje, zahtijevaju uključivanje kabela odgovarajuće dužine u putanju signala od generatora ili pojačala do zračivog elementa. Velika antena sa faznom rešetkom može uključivati više hiljada zračećih elemenata, a kada bi svaki imao svoje kolo vremenskog kašnjenja, instalacija radara bila bi izuzetno složena i skupa. Stoga projektanti radarskih stanica nastoje pronaći kompromisno rješenje kojim bi se istovremeno postigao željeni oblik impulsa, čak i pri velikim uglovima odstupanja smjera zračenja od okomite ose antenskog niza, te konstruktivna jednostavnost. Kao rezultat toga, u modernim radarima s faznim nizom, snop se upravlja pomoću pomaka faze i vremenskog kašnjenja.
U COBRA DANE radaru, na primjer, 15.360 zračećih elemenata je svaki povezan sa zasebnim faznim pomeračem od tri elementa, tako da se faza svakog signala pomera zasebno. U režimu akvizicije cilja, radar emituje impulse u trajanju od 1000 ns, a snop se kontroliše samo uvođenjem faznih kašnjenja. Budući da je svrha radarske stanice praćenje balističkih projektila, ona mora pružiti informacije o njihovoj veličini nakon detekcije. U tu svrhu, antenski niz je podijeljen na 96 sekcija, od kojih svaka uključuje 160 zračećih elemenata. Nakon što je cilj detektovan, stanica počinje da emituje impulse vrlo kratkog trajanja, a signali koji se dovode u svaku sekciju antenskog niza preliminarno se propuštaju kroz kolo vremenske odgode. Ovi krugovi su slični faznim pomeračima, ali su mnogo veći po veličini. Sastoje se od skupa koaksijalnih kablova različitih dužina, a bilo koja njihova kombinacija može biti uključena u lanac kako bi se stvorila vremenska kašnjenja koja odgovaraju prolasku signala na udaljenosti od jedne do 64 talasne dužine, odnosno oko 19,2 m, pošto radna frekvencija radara COBRA DANE je približno 1 GHz.
Budući da je poprečna dimenzija pojedinih sekcija antenskog niza oko 2,7 m, što je malo u odnosu na njegov prečnik od 29 m, izobličenja koja nastaju u svakoj sekciji niza pri velikim uglovima otklona snopa od okomite ose su u prihvatljivim granicama. Svaki dio antenskog niza emituje signal koji zauzima volumen u prostoru, čiji uzdužni presjek ima oblik paralelograma. Vremenska kašnjenja zbrajaju ove signale tako da se izobličenja pojedinačnih signala ne zbrajaju. Kao rezultat toga, oblik impulsa se prilično dobro zadržava, a uređaji koji daju vremensko kašnjenje signala koriste se samo 96, a ne 15 360. Što se tiče potrošnje materijala, obezbeđivanje kontrole radarskog snopa COBRA DANE uvođenjem vremenskih kašnjenja zahtevalo je dodatnu upotrebu kablova. ukupne dužine nešto više od 1500 m. Da nije bilo podjele antenskog niza na pojedinačne lokacije, tada bi bilo potrebno dodatnih 165 km kabla.
Zamjena pokretne antene setom stacionarnih zračećih elemenata, osim mogućnosti elektroničke kontrole snopa, može pružiti i druge prednosti. Jedna od ovih prednosti je osiguranje visoke operativne pouzdanosti. Fiksni antenski niz je nezavisan od stanja mehaničkih istrošenih delova kao što su ležajevi i motori. Osim toga, većina mehanički upravljanih radara koristi jednu ili više vrlo velikih vakuumskih cijevi za pojačavanje mikrovalnih signala.
Primjer je radar Marconi Martello, proizveden u Velikoj Britaniji i namijenjen upotrebi u sistemu protuzračne odbrane. Glavni element kola u ovoj stanici je elektronska lampa sa izlaznom snagom od oko 3 MW. U slučaju kvara, cijeli sistem otkazuje. Istina, u takvim radarskim stanicama, dizajniranim za rad u izviđačkim i protuzračnim sistemima, uvijek je moguće brzo prebaciti na pomoćne izvore mikrovalne energije.
Nasuprot tome, u radaru COBRA DANE, zračenu energiju generiše 96 lampi, svaka snage 160 kW. Izlazni signal svake lampe ide do razdjelnika, a zatim do 160 zračećih elemenata koji čine jedan dio antenskog niza. Otkazivanje jedne lampe u ovom slučaju dovodi do kvara samo jednog od 96 dijelova antenskog niza, a radarska stanica u cjelini ostaje u funkciji, iako se kvalitet njenog rada donekle pogoršava. Štaviše, manje lampe je lakše zameniti u slučaju kvara nego jednu veliku lampu koja se koristi u Martello radaru.
Poluprovodnički bazirani radari sa faznim nizom nude još viši nivo pouzdanosti i lakoće upotrebe. Tranzistorizovana kola generatora i pojačala koriste se, na primjer, u radarskim stanicama, kodnog naziva PAVE PAWS, dizajniranim za otkrivanje balističkih projektila lansiranih s brodova i podmornica (takve stanice su već instalirane na Cape Codu i u državi Kalifornija i njihova lokacija planirano u državama Džordžija i Teksas). V pojedinačni moduli montiran na četiri paralelno povezana tranzistora snage 100 vati. Svaki modul omogućava pobudu jednog emitivnog elementa. Tako se signali koji se dovode na svaku od dvije površine dvostruke antene istovremeno pojačavaju sa 1.792 modula u krugu elementa antene, a ne sa 96 lampi, tako da kvar jednog elementa još manje utiče na karakteristike radarske stanice kao cjelina. Osim toga, srednje vrijeme između dva kvara za jedan poluvodički modul je znatno duže nego za lampu koja se koristi u radaru COBRA DANE. U prvom slučaju ova brojka je 100.000 sati, u drugom - 20.000 sati.U slučaju kvara modula dužine 30 cm i koji rade od izvora napona od 28 V, mnogo je lakše zamijeniti ih nego lampe u radarske stanice COBRA DANE, koje imaju dužinu od 1,5 m i rade pod naponom od 40.000 V.
U PAVE PAWS radaru, kao iu mnogim drugim baziranim na poluvodičkim elementima, signali se pojačavaju nakon što su raspoređeni po elementima antene i nisu u fazi. Dakle, gubici snage koji nastaju prilikom prolaska pojačani signal kroz razdjelnik i krugovi za pomjeranje faze su isključeni. Međutim, uz ovo povećanje efikasnosti i sve druge prednosti, poluvodička tehnologija ima i nedostatak. Općenito daje niže vršne snage od onih koje se mogu dobiti s vakuumskim cijevima.
Ograničenja povezana sa mogućnošću primanja signala u radarima na poluvodičkim elementima velike snage, povećao je značaj tzv. metode kodiranja i kompresije impulsa, uz pomoć koje je moguće simulirati kratke impulse velike snage pri emitovanju signala manje snage i dužeg trajanja. Ova tehnika ne gubi na značaju čak ni u slučaju upotrebe moćnih radarskih stanica elektronske cijevi kako sa mehanički upravljanim antenama, tako i sa faznim antenskim nizovima, kada je potrebno dobiti određene informacije o udaljenim objektima.
Opseg na kojem radarska stanica sa datom osjetljivošću prijemnog puta može otkriti objekte određene veličine i određene refleksivnosti ovisi o ukupnoj energiji impulsa. Što je puls kraći, to bi vršna snaga zračenja trebala biti veća u datom rasponu. Radar COBRA DANE može otkriti metalne predmete veličine grejpa na udaljenosti od oko 2000 km. Za to, uz trajanje impulsa od 5 ns, vršna snaga zračenja mora biti najmanje 3 1012 W, što je više nego dovoljno da uništi sve krugove radarske stanice.
Pa ipak, moguće je samo uz pomoć kratkih impulsa odrediti veličinu objekta ili posmatrati odvojeno određeni broj objekata koji lete na bliskoj udaljenosti jedan od drugog. Činjenica da domet radarske stanice nije određen vršnom snagom već ukupnom energijom impulsa pomaže u pronalaženju rješenja. To je kako slijedi. Kada radar emituje, odaslani impuls se rasteže i vršna snaga se u skladu s tim smanjuje. Ova tehnika se naziva pulsno kodiranje. U načinu prijema reflektirani signal se kompresuje kako bi se iz njega izvukle sve informacije koje bi se mogle dobiti prenošenjem stvarno kratkog impulsa. U COBRA DANE radaru, na primjer, impuls od 5 ns prije pojačanja i emisije rasteže se 200 hiljada puta i njegovo trajanje postaje 1 ms. Potrebna vršna snaga smanjena je za isti broj puta - sa 3 1012 W na 15 MW, stvarna snaga zračenja COBRA DANE-a.
U konvencionalnim tehnikama kodiranja, impuls od 5 ns, uključujući frekvencijski spektar, prolazi kroz disperzivnu liniju kašnjenja, što uzrokuje različita kašnjenja u pojedinačnim komponentama ovog spektra: što je frekvencija komponente veća, to je kašnjenje veće; komponenta sa najnižom frekvencijom se emituje bez odlaganja, dok komponenta sa najnižom frekvencijom visoka frekvencija dobija maksimalno kašnjenje od 1 ms. Nakon toga, impuls, koji već ima trajanje od 1 ms, se pojačava i emituje; primljeni povratni signal ima isto trajanje.
Primljeni signal se propušta kroz kompresijski krug koji uvodi niz dodatnih kašnjenja. Ovaj put, trajanje kašnjenja je povezano sa frekvencijom na suprotan način. Najniža frekvencijska komponenta impulsa prima kašnjenje od 1 ms, a komponenta najviše frekvencije ne prima kašnjenje. Dakle, u procesu izvođenja operacije kodiranja i kompresije impulsa, svaka od komponenti spektra signala dobija isto ukupno kašnjenje. Kao rezultat toga, reflektirani signal se dobija neiskrivljenim, u trajanju od 5 ns.
Ako zračeni impuls u trajanju od 1 ms, koji u svemiru ima dužinu jednaku 300 km, naiđe na objekt koji je mnogo kraći tokom širenja, tada se impuls vraća nazad u obliku dva preklapajuća reflektovana signala. Na uobičajen način takvi reflektovani signali se ne mogu razdvojiti i nemoguće je odrediti veličinu objekta po njihovom relativnom položaju. Međutim, kada se kodirani, preklapajući odjeci komprimiraju, izlaz je dva drugačiji signal trajanje 5 ns.
Impulsno kodiranje i kompresija igraju istu ulogu u poluvodičkim radarskim stanicama. Čak i kada nije potrebno odrediti veličinu objekta od kojeg se signal odbija, precizno određivanje udaljenosti do objekta zahtijeva korištenje prilično kratkih impulsa. Ako ne koristite kompresiju, tada pomoću impulsa od 1 ms možete odrediti udaljenost do objekta s točnošću od samo 150 km. Osim toga, na emisiju dugih impulsa utječe i učinak lokalnih smetnji uzrokovanih refleksijom od padavina i od tla. Istovremeno, poluvodička tehnologija ne može osigurati takve snage koje su potrebne pri radu kratkim impulsima, tako da domet radara bude isti kao kod emitovanja dugih impulsa. Stoga, da bi se dobio veliki domet i visoka rezolucija pri maloj snazi zračenja, kodiranje i kompresija impulsa moraju se koristiti u radarima baziranim na poluvodičkim elementima.
Prvi radari s faznom rešetkom, koji su se počeli koristiti 60-ih i 70-ih godina, bili su namijenjeni za vojne i izviđačke svrhe. Postoje okolnosti u kojima civilni sektori privrede diktiraju potrebe koje stimulišu razvoj vojne opreme. Konkretno, civilnom vazduhoplovstvu su potrebni podaci o objektima koji se brzo kreću u zoni aerodroma, gde avioni koji dolaze usklađuju kurs za sletanje. Radarske stanice, koje kontrolišu prilaz aviona pisti, usmjeravaju ih na slijetanje, dok prate domet aviona i njihov položaj u odnosu na pistu. Sve veći intenzitet vazdušnog saobraćaja stvara sve veću potrebu za opremanjem civilnog vazduhoplovstva radarima sa faznom rešetkom.
Sa smanjenjem broja zračećih elemenata, cijena fazne antene se smanjuje. U većini radarskih aplikacija antenski sistemi mora imati veliki broj zračećih elemenata. Mali antenski niz ima manje fokusiran i stoga širi snop. Ovo smanjuje njegovu rezoluciju u ugaonim koordinatama, a mala površina ne može pružiti visoku osjetljivost na reflektirane signale. Kada za istraživanje nije potrebna velika površina zračnog prostora, oba ova nedostatka male antenske mreže mogu se prevladati kombiniranjem s velikim reflektorom.
Vidno polje radara za kontrolu pristupa aviona ne bi trebalo da bude veliko. Obično bi takva radarska stanica trebala skenirati prostor unutar oko 10° po azimutu i od 7 do 14° po elevaciji. Stoga, u ove svrhe možete koristiti hibridni sistem koji se sastoji od fazne antene i tradicionalnog reflektora. Jedan od dizajna radara koristi antenski niz sa 443 zračeća elementa, koji radi u sprezi sa reflektorom dimenzija 3,96x4,57 m. Niz se nalazi u blizini fokusa reflektora, koji reflektuje snop pod bilo kojim uglom zračenja. antenskog niza. U ovom slučaju, reflektor djeluje kao sočivo, fokusirajući snop i smanjuje njegovo bočno rasipanje. Reflektirane zrake postaju sve uže i uklapaju se u uži kut u prostoru. Ovo poboljšava sposobnost niza da razriješi dva cilja unutar malog ugla i da odredi tačan azimut jedne mete. Reflektor također povećava osjetljivost na reflektirani signal. U budućnosti će nova dostignuća u oblasti električnih kola naći primenu u radaru. Upotreba u radarskoj tehnologiji element baze slično digitalnim integriranim krugovima koji se koriste u računarska tehnologija značajno će smanjiti broj i veličinu komponenti potrebnih za generiranje, prijem i obradu signala. Novi elementi na kristalima galij arsenida poznatih kao monolitna mikrovalna pećnica integrisana kola, kombinuju uređaje za pomeranje faza, prekidače i tranzistorska pojačala... Primopredajni modul koji sadrži sva kola potrebna za stvaranje jednog zračećeg elementa faznog antenskog niza već se može u potpunosti sklopiti na samo 11 takvih mikro krugova. U međuvremenu, stotine dijelova su potrebne za izgradnju primopredajnih modula baziranih na poluvodičkim elementima.
Razvoj elektronike tokom vremena će omogućiti
RADARSKI KOMPLEKS SA AFAR PAK FA
RADAR SISTEM SA AESA PAK FA
04.03.2014
Jedan od ključni elementi za perspektivni avijacijski kompleks dugog dometa (PAK DA) - radarski sistem - već se razvija u Rusiji, rekao je u intervjuu za RIA Novosti generalni direktor Istraživačkog instituta za instrumentaciju V. V. Tihomirov Jurij Beli.
Ranije je Ministarstvo industrije i trgovine najavilo zaključivanje ugovora sa Ministarstvom odbrane o početku finansiranja projekta stvaranja PAK DA. Planirano je da ovaj avion bude uključen u državni program naoružanja za 2016-2025.
„Ako element razumete kao radarski sistem, onda trenutno samo razmatramo ovaj predlog“, rekao je Beli, odgovarajući na pitanje RIA Novosti o učešću u razvojnom projektu PAK DA. “Završili smo idejni projekat, prenijeli ga na Tupoljevu kompaniju, odbranili ga,<..>čekamo zeleno svjetlo i konačan TK “, objasnio je direktor NIIP-a.
