Amplituda, fazni pomak i valna duljina (frekvencija) glavne su karakteristike svakog vala
Uz smetnje, ovisno o valnoj duljini i razlici faza između njih, valovi se međusobno pojačavaju ili slabe u različite točke prostor
Prvi put na lovcu: radar aviona MiG-31 s PFAR "Zaslon"
PFAR "Irbis-E" instaliran je na zrakoplovu Su-35
Posljednja škripa: AFAR "Zhuk-AE" na MiG-35
Zapadni konkurenti također imaju svoje AFAR-ove - na primjer, američki AN / APG-81, koji se planira instalirati na perspektivni F-35
Uz pomoć AFAR-a, također možete provesti topografsko snimanje područja - bez ometanja glavnog rada radara na brodu (sliku je snimio AFAR AN / APG-81)
PREDNJA SVJETLA se koriste ne samo na zrakoplovima, 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 dvije moguće vrste- 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 - potrebni element Zrakoplov 5. generacije. Ali da biste razumjeli što je to i kako radi, morate krenuti izdaleka.
Ključna riječ ovdje - "antena". Podsjetimo, svaka antena je uređaj za emitiranje i primanje radio valova. Antene se koriste i za komunikaciju i za otkrivanje neprijateljske opreme. U najjednostavnijem slučaju, antena radi na način šišmiša, emitirajući ultrazvuk u svemir, koji je našim ušima nečujan, koji, reflektirajući se od okolnih predmeta, daje životinji predodžbu o njima.
Tako su djelovali prvi radari koji su branili Britansko otočje od napada Luftwaffea: emitirali su radijsku emisiju u svemir i "slušali" reflektirani signal. Iz karakteristika refleksije možete matematički izračunati neka svojstva objekta koji je reflektirao radio val - na primjer, njegove koordinate. Međutim, od tada su i znanost i tehnologija napravile veliki iskorak, a moderni FAROVI nisu ništa sličniji svojim prethodnicima od novog računala – stroju za šifriranje Colossus (o tome smo govorili u članku “Britanski Kolos”).
Za razliku od obične antene, antenski niz predstavlja cijeli niz od stotina (a ponekad i tisuća) pojedinačnih emitera. Svi ovi emiteri rade zajedno, na način da se faze radio valova koje emitiraju mijenjaju 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, karakterizira ga:
Amplituda, koja određuje "snagu" vibracije.
Valna duljina i pridružena frekvencija vibracija. Ova vrijednost određuje prirodu elektromagnetske oscilacije. Radio valovi imaju valne duljine u rasponu od desetinki milimetra do desetaka metara. Za radar se koriste centimetrske valne duljine, s frekvencijom od oko 3-30 GHz.
Faza - odnosno stanje oscilatornog sustava u ovaj trenutak vrijeme. Budući da su naša valna duljina i frekvencija u principu konstantne, faza radarskog signala pokazuje trenutni "položaj" vala na skali amplituda.
Od ovih karakteristika posebno nas zanima faza, odnosno fazna razlika oscilacija. Iz školskog kolegija fizike sjećamo se da se valovi, susrećući se u različitim točkama u prostoru, interferiraju, odnosno "rekombiniraju" jedni s drugima u skladu s razlikom njihovih faza u tim točkama. 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 kontrolirati fazna razlika radio signala koje emitiraju - što znači da možete kontrolirati smetnje valova u točkama prostor koji nam treba. Time ćemo odmah postići puno prednosti.
Prvo, moći ćemo, po svojoj volji, učiniti signal ili širokim ili vrlo usko usmjerenim i, u principu, dati mu najrazličitiji oblik koji nam je potreban. To omogućuje 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 ju u avion, a njezino upravljanje snopom zahtijeva rotiranje cijele antene - a to nije lak zadatak. Takve su antene, u principu, instalirane na ranijim zrakoplovima, ali to je i glomazno i sporo, a ako antenu počnete rotirati dovoljno brzo, neizbježno će se pojaviti problemi s upravljivošću.
To nas dovodi do druge prednosti FAROVA: da bismo promijenili smjer radijskog snopa, ne trebamo rotirati same FAROVE: dovoljno je promijeniti faznu razliku signala koje emitiraju 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 usredotočene "pozornosti" faznog niza događa se gotovo trenutno.
U tom slučaju PAR prima signal iz svih smjerova – ali u nekim od njih postaje znatno osjetljiviji, što ga čini posebno korisnim, recimo, za praćenje otkrivene mete. Ovo je već stvar koju nije sram strpati ni u jedan avion!
Prvo su u tu svrhu korištene pasivne fazne antenske mreže (PFAR) koje imaju jedan odašiljač i jedan prijemnik. Njegove ćelije ne sadrže odvojene odašiljače i prijemnike, već posebne fazne pomicače, koji, primajući signal od emitera, mijenjaju njegovu fazu pravi put... No, modernija verzija je aktivna fazna matrica (AFAR), čija svaka ćelija ima svoj odašiljač i prijemnik, iako, naravno, svi rade pod kontrolom jednog elektroničkog centra. Svaka AFAR ćelija sama emitira signal kontroliran u fazi i frekvenciji, i to u većini složene verzije- i po amplitudi.
Za razliku od PFAR-a, oni su puno osjetljiviji i pouzdaniji: kvar odašiljača ili prijemnika ne čini cijelu AESA beskorisnom hrpom željeza, ona nastavlja raditi: u AFAR-u postoje stotine takvih prijamnika-odašiljača! Pa, moderna moćna računala dodatno proširuju mogućnosti ovog alata, omogućujući vam istovremeno praćenje desetaka ciljeva, uključujući i zemaljske - pa čak i mapiranje terena paralelno s glavnim radom.
Štoviše, postaje moguće raditi s 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 tijekom prijenosa na fazne pomicanje, 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 izrazito se pregrijava, pa čak i tijekom leta zračno hlađenje je potpuno nedovoljno, te morate koristiti tekući sustav napunjen posebnim rashladnim sredstvima.
Još jedan problem je trošak: u modernom AFAR-u broj pojedinačnih staničnih elemenata doseže stotine, ili čak 1-1,5 tisuća. A ako svaki od njih ne košta previše - recimo, nekoliko stotina dolara - onda ukupna vrijednost ispada prilično dobro.
Aktivna fazna antena (IZDALEKA) - vrsta antene s faznom rešetkom (PAR).
U aktivnom faznom nizu, svaki element niza ili skupina elemenata ima svoj vlastiti minijaturni mikrovalni odašiljač, 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 pomak, odašiljač, a često i prijemnik.
Usporedba s pasivnom rešetkom
U konvencionalnom pasivnom nizu, jedan odašiljač snage od nekoliko kilovata napaja nekoliko stotina elemenata, od kojih svaki emitira samo desetke wata snage. Moderno mikrovalno tranzistorsko pojačalo može, međutim, proizvesti i desetke vata, au aktivnom radaru s faznim nizom nekoliko stotina modula, svaki od desetaka vata, stvara općenito snažan glavni radarski snop od nekoliko kilovata.
Iako je rezultat identičan, aktivni nizovi su puno pouzdaniji, budući da kvar jednog odašiljačko-prijemnog elementa niza narušava dijagram usmjerenja antene, što donekle degradira karakteristike lokatora, ali općenito ostaje operativan. Katastrofalan kvar svjetiljke odašiljača, što je problem s konvencionalnim radarima, jednostavno se ne može dogoditi. Dodatna pogodnost - ušteda na težini bez velike svjetiljke visoka snaga, visoki napon pripadajući sustav hlađenja i veliko napajanje visokog napona.
Još jedna značajka koja se može koristiti samo u aktivnim nizovima je mogućnost kontrole pojačanja pojedinačnih modula za prijenos i prijem. Ako se to može učiniti, raspon kutova kroz koje se snop može skrenuti uvelike se povećava, a time se mogu zaobići mnoga ograničenja geometrije niza koja imaju konvencionalne fazne nizove. Takve se mreže nazivaju rešetkama superpovećanja. Iz objavljene literature nije jasno koristi li se bilo koja postojeća ili planirana antenska mreža ovu tehniku.
Nedostaci
AFAR tehnologija ima dva ključna problema:
Rasipanje snage
Prvi problem je rasipanje snage. Zbog nedostataka mikrovalnih tranzistorskih pojačala (monolitni mikrovalni integrirani krug, MMIC (Engleski) ruski ), učinkovitost odašiljača modula je obično manja od 45%. Kao rezultat toga, AFAR emitira veliki broj toplina koja se mora raspršiti kako bi se čipovi odašiljača ne topili i pretvorili u tekući galijev arsenid - pouzdanost GaAs MMIC-a je poboljšana pri niskim radnim temperaturama. Tradicionalno zračno hlađenje, koje se koristi u konvencionalnim računalima i avionici, nije pogodno za velike gustoće pakiranja AFAR elemenata, zbog čega se moderni AFAR-i hlade tekućinom (američki projekti koriste polialfaolefinsko (PAO) rashladno sredstvo, slično sintetičkoj hidrauličnoj tekućini). Tipičan tekući sustav hlađenja 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 spremnika goriva.
U usporedbi s konvencionalnim borbenim radarom s hlađeni zrakom, AFAR je pouzdaniji, ali će trošiti više električne energije i zahtijevati intenzivnije hlađenje. Ali AFAR može pružiti puno veću snagu odašiljanja, što je potrebno 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 trošak 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 2000 dolara, što nije dopuštalo masovnu upotrebu AFAR-a. Međutim, cijena takvih modula i MMIC čipova stalno se smanjuje, budući da se trošak njihovog razvoja i proizvodnje stalno smanjuje.
Unatoč svojim nedostacima, aktivne fazne nizove nadmašuju konvencionalne radarske antene u gotovo svakom pogledu, pružajući bolje performanse praćenja i pouzdanost, premda uz određeno povećanje složenosti i moguće cijene.
Prijemno-prijenosni modul
AFAR primopredajni modul
Prijemno-prijenosni modul- To je osnova prostornog kanala obrade signala u AFAR-u.
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 odvojeni kanali za odašiljanje i prijem. Odvajanje se provodi 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 sprječava preopterećenje prijamnog kanala.
- Niskošumno pojačalo- dva ili više stupnjeva aktivnog pojačanja signala.
- Phaser- uređaj za fazno kašnjenje signala u kanalu za postavljanje fazne raspodjele po cijelom otvoru rešetke.
- Attenuator- uređaj za podešavanje (spuštanje, prigušivanje) amplitude signala za postavljanje raspodjele amplitude duž otvora rešetke.
Kanal za prijenos
Sastav kanala za odašiljanje sličan je sastavu kanala za prijem. Razlika je u nedostatku zaštitnog uređaja i nižim zahtjevima za buku za pojačalo. Međutim, odašiljačko pojačalo mora imati veću izlaznu snagu od pojačala za prijem.
Proizvedeni radari na brodu s 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 također
Linkovi
Zaklada Wikimedia. 2010.
Intervju s generalnim direktorom N.I. V.V. Tihomirov Jurija BelogJurij Ivanovič Bely rođen je 1951. 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 zrakoplovstva. Od 1987. - voditelj vojnog predstavništva u NIIP-u. Vojni čin – pukovnik. Od ožujka 1998. - direktor NIIP-a. Trenutno - generalni direktor JSC NIIP im. V.V. Tihomirov". Doktor znanosti (tehnike), akademik Međunarodne akademije informatizacije, član Znanstveno-tehničkog vijeća Vojnoindustrijskog kompleksa pri Vladi Ruske Federacije. Kavalir Ordena prijateljstva i "Za zasluge domovini" IV stupnja.
Jedna od glavnih komponenti visokih borbenih sposobnosti modernih lovaca je savršen sustav upravljanja oružjem, koji se temelji na moćnoj zračnoj radarskoj stanici. Svi lovci obitelji Su-27 i Su-30 koji se isporučuju na svjetsko tržište i služe u domaćem ratnom zrakoplovstvu opremljeni su sustavima upravljanja oružjem razvijenim u OJSC-u „Istraživački institut za instrumentalno inženjerstvo imena V.I. V.V. Tihomirov". NIIP je pionir u području radara s faznom rešetkom (PAR). Prvi put je na lovcu presretaču MiG-31 korišten radar "Tihomirovskaya" s faznom rešetkom. Počevši od aviona Su-30MKI, radari sa FAROVIMA već su ugrađeni na lovce Suhoj. Ove godine počelo je testiranje novog višenamjenskog lovca Su-35, za koji NIIP stvara najnapredniji radar u svojoj klasi s pasivnom faznom rešetkom "Irbis-E". A za obećavajući lovac pete generacije, Tihomirovci razvijaju svoj prvi radar s aktivnom faznom antenskom rešetkom (AFAR). Kako bi saznao kako se rad na ovim temama razvija, Vzlyotov dopisnik Andrej Fomin susreo se s generalnim direktorom OAO N.I. V.V. Tikhomirov ” Jurija Belog, koji je ljubazno pristao dati intervju našem časopisu.
Jurij Ivanoviču, recite nam kako teku ispitivanja radarskog sustava upravljanja s faznom rešetkom "Irbis-E".
Program se uspješno razvija. Nastavljamo letjeti u letećem laboratoriju Su-30MK2 s eksperimentalnim setom radarskih upravljačkih sustava Irbis-E s odašiljačem od 1 kW - letimo gotovo godinu i pol dana i dobili smo potvrdu glavnih karakteristika. Većina načina rada je razrađena, posebno - višenamjenski način rada zrak-zrak, način detekcije dugog dometa, načini rada zrak-površina s niskim, srednjim i visoka rezolucija... Osim toga, proizveden je set radarskih upravljačkih jedinica, uključujući standard odašiljača od 5 kilovata za serijski Irbis-E koji je u laboratorijskim ispitivanjima - dovršavamo ih u u cijelosti ove godine
Osim toga, proizveli smo dva kompleta radarskih sustava upravljanja za ugradnju na eksperimentalne zrakoplove Su-35. Prvi od njih, koji je već ispitan u laboratorijima NIIP-a, a zatim iu odgovarajućim odjelima KnAAPO, ugrađen je na drugi primjerak Su-35. Kada prema rasporedu ispitivanja zrakoplova dođe na red letna ispitivanja radarskog kompleksa, mi ćemo ga uključiti. Kako bismo osigurali testiranje Irbisa na Su-35, pripremljena je kontrolno-popravna automobilska stanica (KRAS) s radnim mjestima - stoga ćemo uskoro početi letjeti pravim avionom s punim kompleksom Irbis. Drugi set za sljedeći prototip zrakoplova također je proizveden, od nas pregledan i predan na prihvaćanje. Također će uskoro biti instaliran na brodu. Tako je Irbis testni program u punom jeku, a do trenutka kada Su-35 bude spreman za serijsku proizvodnju, njegov radarski sustav bit će u potpunosti razvijen.
Radarski sustav upravljanja s FAR SVJETLIMA "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.
Je li moguće ugraditi Irbis na ranije proizvedene zrakoplove Su-27 tijekom njihove modernizacije?
Ova opcija je razrađena u okviru programa Su-27SM2. Zapravo se radi o sustavu radarskog upravljanja koji se trenutno testira u letećem laboratoriju s kilovatnim odašiljačem (snaga zrakoplova ne dopušta korištenje odašiljača od 5 kW na ranije puštenom Su-27). Stoga je verzija Irbisa koja je sada u letećem laboratoriju gotovo gotov komplet za modernizaciju borbenih zrakoplova. Međutim, očito zbog financijskih razloga, odlučeno je da se modernizacija Su-27SM razvije bez promjene tipa radara, već samo povećanjem njegovih sposobnosti - uvođenjem novih načina rada, osiguranjem uporabe novih vrsta oružja itd. Takav je zrakoplov napravljen i ove godine je ušao u letna ispitivanja. No, treba imati na umu da testovi mogu trajati više od jedne godine, 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 kupnja novih zrakoplova - tipa Su-35, koji odmah u sebi imaju radarski sustav Irbis. Rusko ratno zrakoplovstvo već se približilo takvoj odluci. Na predstavljanju Su-35 na LII-u za novinare u srpnju ove godine, vrhovni zapovjednik Ratnog zrakoplovstva general-pukovnik Alexander Zelin rekao je da je mogućnost naručivanja novih zrakoplova tipa Su-35 jer se razmatralo prenaoružavanje dvije ili tri pukovnije ruskog ratnog zrakoplovstva.
Postoje li planovi za razvoj prethodnika Irbisa, radarskog sustava Bars koji se koristi na zrakoplovima tipa Su-30MKI? Ima li gdje da se krenemo na ovu temu?
Ima još mjesta za kretanje. Uzmimo, na primjer, Su-30MKI. Provedeni su evaluacijski testovi trenutne konfiguracije Bars na zrakoplovima Su-30MKI u Indiji, koji su potvrdili eliminaciju svih komentara. A sada indijsko ratno zrakoplovstvo postavlja pitanje: uključiti svih 140 zrakoplova licencirani program, izračunato do 2014. godine, pod maskom odobrenom krajem 90-ih. - nerazumno. Stoga nam nude da izvršimo modernizaciju "Bars" u procesu licencne proizvodnje, uklj. zahtijevajući korištenje AFAR-a na njemu. Sa svoje strane, razvili smo prijedloge koji predviđaju dvofaznu modernizaciju. U prvoj fazi "Bars" ostaje s pasivnim faznim nizom, ali će se povećati mogućnosti radara u pogledu načina rada i karakteristika. A u drugoj fazi, uzimajući u obzir temelje za AFAR dobivene do tada u okviru rada na zrakoplovu pete generacije, Bars se već može opremiti aktivnom faznom antenskom mrežom. Indijsko ratno zrakoplovstvo trenutno razmatra ove naše prijedloge i nadamo se da će uskoro biti donesena odluka o tome kako provesti modernizaciju Barce.
Radarski sustav upravljanja "Irbis-E" na brodu Su-35 = na aeromitingu MAKS-2007 (gore) i letećem laboratoriju Su-30MK2 (dolje)
Ako je riječ o modernizaciji, recite nam kako napreduju radovi na modernizaciji SUV-a Zaslon lovaca-presretača MiG-31. Rusko ratno zrakoplovstvo već je službeno objavilo da je ovog proljeća dobilo prvi modernizirani zrakoplov ovog tipa...
Prelazimo na temu "Barijera", prvo morate napomenuti da je ovo naše osnovni razvoj, s kojim smo započeli korištenje elektroničkog skeniranja u zrakoplovu, korištenje digitalnih računala – to je bilo prvi put u našoj domaćoj praksi. SUV "Zaslon" s faznim nizom na borcu MiG-31 je apsolutni prioritet ne samo za NIIP im. V.V. Tihomirov, ali i diljem 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) moderniziranog MiG-a 31. Tvornica Leninets počela je isporučivati modificirane sustave za proizvodne zrakoplove, a prvi od njih ušao je u promet ove godine. Istodobno, u GLIT-u u Akhtubinsku u tijeku su ispitivanja na drugoj fazi GSE-a, koja bi trebala biti gotova do kraja ove godine.
Što je već učinjeno? Prvo, modernizacija je utjecala na informacijsko i kontrolno polje kabine navigatora: novi sustav indikacija na LCD-u s novim vrstama prikaza informacija. Drugo, domet kompleksa je povećan. Treće, proširen je raspon korištenog oružja. Istodobno, sama antena ostaje nepromijenjena, ali se neke VCS jedinice mijenjaju, računalni sustav je potpuno zamijenjen. Već ukinuti strojevi koji se koriste na MiG-31 ustupaju mjesto modernim putnim računalima nove generacije. U budućnosti planiramo dodatno povećati mogućnosti kompleksa.
I na kraju dolazimo do najvažnijeg – 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 radioelektroničkog sustava s AFAR-om za zrakoplove pete generacije. Kako se razvijaju ovi radovi?
Radovi se odvijaju po planu, prema ugovoru koji smo potpisali s tvrtkom Suhoj. Po ovaj vozni red u studenom ove godine, prva puna veličina potpuno opremljena primopredajnim modulima i ugođenim AFAR-om bit će isporučena na postolje za spajanje s ostalim blokovima stanica. Danas je prva antena već u potpunosti sastavljena, dovršena i prebačena na postavljanje. U NE Istok je pokrenuta proizvodnja prijamno-prijenosnih modula na bazi monolitnih mikrosklopova, u toku je montaža drugog uzorka, a započeta je nabava dijelova i modula trećeg uzorka. Tako danas već imamo tri antene u proizvodnji. Stalno će izlaziti na testiranje - prvo, kao što sam rekao, u studenom, drugo - u ožujku-travnju sljedeće godine, itd. Već iduće godine AFAR bi trebao biti instaliran na jedan od prvih prototipova zrakoplova pete generacije koji se trenutno grade u KnAAPO-u, a 2010. godine započeti njegova letna testiranja. Danas možemo sa sigurnošću reći da su svi tehnički problemi u razvoju i proizvodnji primopredajnih modula prevladani. Sada rješavamo pitanja o anteni u cjelini - o hlađenju, uparivanja, kontrole snopa, ali, naglašavam, sve se kreće u skladu s odobrenim rasporedom. Kako testiranje bude odmicalo, postupno ćemo povećavati sastav kompleksa – prvo na tribinama, zatim u avionima, na kraju – doći ćemo do kompletne garniture predviđene projektnim zadatkom.
Ulomak punog prototipa X-range AFAR-a koji je razvio N.I. V.V. Tihomirov, prvi put javno prikazan na aeromitingu MAKS-2007 u kolovozu 2007.
Koliko dugo može trajati cijeli ciklus testiranja i finog podešavanja AFAR-a?
Kao što znate, razvoj modernog radara obično traje 5-7 godina. Stoga, ako za polazište uzmemo tekuću 2008. godinu, kada je počelo pravo testiranje opreme, onda možemo pretpostaviti da će naš sustav biti potpuno spreman za rad otprilike 2014.-2015. Slična je situacija i u inozemstvu: čak i s F-22, koji je već dugo stavljen u službu, nisu svi AFAR načini rada potpuno razrađeni. S tim u vezi, treba napomenuti da NIIP im. V.V. Tikhomirova ima bogato iskustvo u antenama s faznim nizom. Amerikanci su svojedobno propustili fazu pasivnih SVJETLA - prelazak s prorezanih rešetki izravno na AFAR. Imamo veliko iskustvo u području faznih nizova, koje postoji već 40 godina (i tvrdimo da se AFAR razlikuje od pasivnog faznog niza zapravo samo u tehnološkom dizajnu emitera, a mi preuzimamo ostatak matematičke i aparat za modeliranje iz faznog niza koji smo već dobro ovladali), što nam daje ozbiljne prednosti, uklj. i vrijeme finog podešavanja. Imamo na raspolaganju takve razvoje u faznom nizu kakve nema nitko drugi na svijetu!
Vjerojatno pratite rad na AFAR-u koji se izvodi i u inozemstvu i kod nas. Možete li navesti neke značajke svog projekta u odnosu na ostale, njegove prednosti?
Pa, to je prilično teško usporediti s Amerikancima, jer je vrlo malo stvarnih (a ne reklamnih) informacija, a može se suditi samo po nekim neizravnim znakovima. No, vjerujemo da smo postavili i implementiramo karakteristike koje barem nisu inferiorne, nego zapravo nešto superiornije od onih koje posjeduju, primjerice, radari s AFAR-om zrakoplova F-22 i F-35. Što se tiče poslova koje obavljaju drugi domaći programeri radara, glavna razlika leži u tehnologiji. Oslanjamo se na najmodernije svjetske tehnologije monolitnih mikrovalnih mikro krugova, dok naši domaći kolege koriste tzv. hibridne tehnologije, koji su, primjerice, u Europi već napušteni. Poput nas, Amerikanci grade svoje AFAR-ove na monolitnim mikro krugovima, s perspektivom povećanja stupnja njihove integracije i prijelaza u budućnosti na ono što se zove "intelektualno kućište" - tj. primopredajni moduli mogu se nalaziti bilo gdje u zrakoplovu, tvoreći potrebno polje zračenja. Tako smo na glavnom svjetskom putu razvoja AFAR-a.
Možemo li reći da se tehnologije dobivene tijekom razvoja AFAR-a u okviru ovog programa mogu koristiti u budućnosti za izradu radara za druge zrakoplove i općenito za druge vrste opreme?
Sigurno. Na primjer, prije ili kasnije može se postaviti pitanje razvoja novog laganog lovca pete generacije ili opremanja AFAR-a moderniziranim zrakoplovima generacije "4+", "4 ++" itd. I u ovom slučaju, umjesto ponovnog "izmišljanja kotača", bolje je koristiti već dokazane tehnologije, istovremeno osiguravajući proizvodno opterećenje (uostalom, što je veći opseg proizvodnje modula za odašiljanje i prijem, to je njihov trošak niži) . 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. To više nije znanstveni zadatak, već isključivo konstruktivan i tehnološki. Unaprijediti. Moduli primopredajnika koji su već ovladani u proizvodnji mogu se koristiti u radarima, na primjer, u protuzračnim raketnim sustavima. Dakle, što više primjena nađemo za već dokazane tehnologije, to bolje. Uostalom, ako smo ranije imali zadatak kreirati i “promicati” proizvodnju, sada može nastati suprotna situacija: kapaciteti su “promovirani”, a potrošnja je niska. Samo u uvjetima dobrog proizvodnog opterećenja cijena modula može biti prihvatljiva.
A kakva je vaša vizija - u budućnosti će biti mjesta za oba smjera razvoja faznih nizova (aktivnih i masivnih), ili će se razvojem AFAR-a zaboraviti linija pasivnih faznih nizova?
Vjerujem da će, barem u dogledno vrijeme, oba smjera 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 trenutnoj razini tehnologije, cijena AFAR-a i PAR-a značajno se razlikuje. Dakle, prerano je da pasivni PAR odu u povijest.
Vladimir SCHERBAKOV Fotografija tvrtke "Sikorsky"
Eli Bruckner
Konstantno rotirajuća radarska antena, koja visokofrekventne signale usmjerava prema horizontu kako bi otkrila udaljene objekte, sastavni je dio panorame modernog aerodroma. Međutim, u mnogim istaknutijim radarskim aplikacijama kao što su zrakoplovstvo, protuzračna obrana i izviđanje, mehanički kontrolirano antensko zrcalo počinje se zamjenjivati novom vrstom uređaja. Skup malih identičnih antena smještenih u istoj ravnini, od kojih je svaka sposobna odašiljati i primati signale, zamjenjuje konkavni reflektor. Zraka koju stvara ovaj set antena putuje zračnim prostorom dok sam antenski sustav ostaje nepomičan. Smjer elektromagnetskog zračenja koje stvara radar postavlja poseban elektronički uređaj, a upravljanje snopom temelji se na korištenju fenomena interferencije elektromagnetskih valova. Ova tehnička inovacija koja se koristi u radarskim sustavima naziva se fazna antenska niza. Istodobno, osnovni principi izgradnje radarskih stanica ostaju isti.
Rad svih radarskih stanica temelji se na usmjerenom zračenju radio signala. Obično se frekvencija zračenja nalazi u mikrovalnom rasponu, od 3 108 do 1010 Hz, iako neke vrste radarskih stanica s vrlo dalekometni radnje djeluju u visokofrekventnom (HF) području i ultra-visoke frekvencije(mikrovalna), odnosno u rasponima od 3 106 do 3 107 Hz i od 3 107 do 3 108 Hz. Ovisno o svom obliku, antena emitira uski, visoko usmjereni snop pogodan za precizno praćenje cilja, ili široki snop u obliku lepeze, koji je najprikladniji za promatranje širokih područja zračnog prostora.
Kada signal koji šalje antena dođe do objekta, on se reflektira. Ako su snaga odašiljenog impulsa, osjetljivost antene i reflektivnost objekta dovoljno visoki, radarska stanica može detektirati reflektirani signal koji pada na antenu. Ovisno o vrsti radara i vrsti emitiranog impulsa, reflektirani signal nosi razne informacije o cilju.
Smjer iz kojeg dolazi reflektirani signal određuje lokaciju objekta, a ako radar emitira impulse energije, a ne kontinuirani signal, tada se po vremenskom kašnjenju između slanja impulsa i prijema reflektiranog signala može procijeniti i udaljenost do objekta. Neki radari omogućuju mjerenje Dopplerovog pomaka frekvencije reflektiranog signala (tj. razlike između frekvencija izravnog i reflektiranog signala), do kojeg dolazi kada izvor zračenja (u u ovom slučaju cilj) i prijemnik (radar) se pomiču jedan u odnosu na drugi. Veličina Dopplerovog pomaka koristi se za izračunavanje brzine objekta prema ili udaljenoj od antene.
Za danu udaljenost do objekta, reflektirani intenzitet signala daje neke naznake veličine objekta. Riječ "reprezentacija" ovdje je namjerno upotrijebljena: dva predmeta iste veličine, ako imaju različite oblike ili su izrađeni od različitih materijala, slat će reflektirane signale koji se značajno razlikuju po intenzitetu. Da biste dobili više točne informacijeŠto se tiče veličine objekata, neke radarske stanice odašilju tako kratke impulse da su fizički kraći od ciljeva koje mogu susresti na svom putu. Ako radarska stanica emitira energiju samo nekoliko milijarditi dio sekunde, tada do trenutka kada prijenos impulsa završi, njezin prednji dio preći će udaljenost u prostoru od jednog ili nekoliko metara. Takav impuls u svemiru kraći je od, na primjer, aviona. Radio signali se reflektiraju i s daleke i s bliže površine mete, a u slučaju izrazito kratkog impulsa generiraju se dva reflektirana signala. Vremenski interval između ova dva odjeka odgovara duljini mete.
Od radara konvencionalni tip promatra široka područja zračnog prostora, može prikupljati informacije o velikom broju objekata. Međutim, između uzastopnih trenutaka kada se isti cilj pojavi u vidnom polju radara, neizbježno postoji neki (ponekad značajan) vremenski interval. Ciljana stopa ažuriranja informacija, t.j. frekvencija kojom se jedan te isti cilj fiksira radarom, za većinu postaja s rotirajućom antenom ne prelazi brzinu rotacije zrcala antene oko svoje osi. U radarima kontrole zračnog prometa, na primjer, zelena radijalna linija zamaha koja se kreće po ekranu, ostavljajući na njoj oznake koje karakteriziraju novu lokaciju zrakoplova i nose druge informacije o njoj, rotira se istom brzinom kao što se rotira i samo zrcalo antene. Informacije o promatranom objektu u takvim radarskim postajama obično se ažuriraju svakih šest sekundi, a čak i u najnaprednijim vojnim postajama informacije se rijetko ažuriraju više od dva puta u jednoj sekundi.
Postoje okolnosti u kojima nove informacije potrebno je češće dobivati položaj i kretanje ciljeva. Jedan radar s mehanički upravljanom antenom može osigurati kontinuirano prikupljanje podataka o jednom ili više blisko raspoređenih objekata stalnim praćenjem rotirajući antenski sustav. Međutim, za rješavanje mnogih borbenih i izvidničkih 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 pri testiranju interkontinentalnih balističkih projektila, svaka od velikog broja ciljeva moraju se kontinuirano pratiti. Donedavno se u takvim slučajevima koristilo nekoliko radarskih postaja, od kojih je svaka bila namijenjena praćenju jednog ili više ciljeva. Pojavom radarskih stanica s 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 sustavom. Primjer je radarska stanica, kodnog naziva COBRA DANE, koja ima faznu antenu; instaliran je na obali Beringovog mora i može istovremeno pratiti stotine ciljeva raspršenih u prostoru ograničenom na 120° po azimutu i oko 80° po visini. U stvarnosti, radarska stanica promatra te ciljeve istovremeno automatski bacajući svoj snop s jedne na drugu metu u vremenu mjerenom u mikrosekundama.
Elektronsko upravljanje snopom koje postiže tako velike mogućnosti temelji se na korištenju jednostavnog fizički fenomen... Kada obližnji izvori emitiraju energiju istovremeno na istoj frekvenciji, zbrajaju se valovi koji izlaze iz tih izvora. Taj se fenomen naziva interferencija. Priroda međudjelovanja dvaju valova iz dva izvora razmaknuta u prostoru ovisi o faznom pomaku između tih valova. Ako se vrhovi i korita jednog vala, respektivno, podudaraju s vrhovima i donjim dijelovima drugog vala (fazni pomak je jednak 0), tada će rezultirajuća oscilacija imati ukupnu amplitudu. Ako valovi nisu u fazi, a njihovi vrhovi i korita se ne podudaraju, tada će rezultirajući signal biti prigušen ili (pri pomaku faze od 180 °) jednak 0.
Fazni antenski niz obično se sastavlja od zračećih elemenata koji se nalaze u istoj ravnini i na istoj udaljenosti jedan od drugog, na koje se dovode mikrovalni signali jednake amplitude i fazno podudarnih. Glavni oscilator generira signal, a tranzistori i posebne svjetiljke dizajnirane za rad u mikrovalnom rasponu, poput svjetiljki s putujućim valovima, ga pojačavaju. Ako se signali emitiraju u fazi iz svih elemenata niza, tada se njihove amplitude zbrajaju u određenim točkama u prostoru duž linije okomite na ravninu niza. Posljedično, emitirani signal će biti jak, a signal reflektiran od objekata koji leže na putu njegovog širenja duž osi okomite na ravninu antenskog niza i unutar malog kuta na njegove strane imat će intenzitet dovoljan za njegovu otkrivanje.
Pri velikim kutovima odstupanja od okomite osi antenskog niza, signali različitih zračećih elemenata moraju putovati na nejednake udaljenosti do cilja. Kao rezultat toga, omjer njihovih faza se mijenja i one interferiraju, slabeći ili potpuno uništavajući jedni druge. Dakle, izvan uskog stošca, čija se os poklapa s okomitom osi antenskog niza i u kojem postoji smetnja u pojačanju amplitude rezultirajućeg vala, signali reflektirani od objekata imaju niski intenzitet i ne mogu se otkriveno. Fizički principi na kojima se temelji formiranje interferentnih uzoraka omogućuju određivanje širine ovog stošca. Ona je izravno proporcionalna radnoj valnoj duljini zračenja i obrnuto proporcionalna veličini antenskog niza. Ako svaki element antenskog niza emitira signale u fazi s ostalima, tada se radarska zraka širi u smjeru strogo okomitom na ravninu niza.
Pretpostavimo sada da su signali svakog emitiranog elementa odgođeni za vrijeme koje se jednoliko povećava od elementa do elementa duž ravnine niza. U tom slučaju, signal koji emitira svaki element će zaostajati za signalom susjednog elementa za djelić valne duljine. Kao rezultat toga, svi signali će biti izvan faze jedan u odnosu na drugi. Sada zona u kojoj se pojedinačni signali podudaraju u fazi i, kada se dodaju, daju signal ukupne amplitude, s kojom možete otkriti mete, nije smještena duž okomite osi niza, već je pomaknuta u smjeru povećanja kašnjenje signala. Kut otklona snopa ovisi o faznom pomaku emitiranih signala susjedni elementi antenski niz, veličina potonjeg i valna duljina. I u ovom slučaju, snop ima oblik uskog stošca okruženog područjima slabljenja interferencije. Dakle, radarski snop se odbija bez promjene položaja antene.
Kada se reflektirani signal vrati od cilja, koji je u ovom novom smjeru, određen povećanjem faznog pomaka, krug koji osigurava vremensku odgodu odaslani signal, predstavlja nova serija kašnjenja pojedinačnih signala koji pristižu na svaki od isijavajućih elemenata. Budući da prednji dio povratnog vala doseže antenski niz pod kutom u odnosu na njegovu ravninu, elementi antene koji su posljednji emitirali signal (bliži su cilju) 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 omogućuje njihovu obradu kako bi se dobila informacija o cilj.
Kontrola faznog kašnjenja omogućuje skretanje snopa konvencionalnog antenskog niza pod kutom do 60 ° od okomite osi, što osigurava vidno polje od 120 ° po azimutu, tj. držeći antenu nepomičnom, radar opaža trećina kružne linije horizonta, a ako ravnina rešetka ima dovoljan nagib, onda od horizonta do zenita i daleko iza njega. Budući da upravljanje snopom nije povezano s mehaničkim prilagodbama, kretanje snopa unutar cijelog vidnog polja traje samo nekoliko mikrosekundi. Korištenjem računala za izračunavanje potrebnih faznih pomaka za odbijanje snopa do željenog kuta i za kontrolu kašnjenja signala, radar s faznom rešetkom kao što je COBRA DANE može pratiti nekoliko stotina ciljeva istovremeno.
Elektronički uređaj koji osigurava 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 duljina kabela ili valovoda. Povećanje duljine kabela, 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 duljina svih kabela, 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 s nekoliko kabela različite duljine. Za dobivanje faznih pomaka koji osiguravaju zadani otklon snopa, svaki krug uključuje određenu kombinaciju kabeli.
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 duljine, svojevrsne valovode koji prenose mikrovalne oscilacije duž uske bakrene trake smještene između dvije uzemljene bakrene ploče. Jedna od trakastih linija povećava duljinu puta signala za iznos jednak polovici valne duljine, oko 15 cm, budući da radna frekvencija radar COBRA DANE je približno 1 GHz. To osigurava fazni pomak od 180 ° u signalu u odnosu na signal bez odgode. Druga traka-linijska veza osigurava kašnjenje signala od četvrtine valne duljine, t.j. omogućuje fazni pomak od 90°. Duljina treće prugaste linije je takva da stvara kašnjenje jednako jednoj osmini valne duljine, što odgovara faznom pomaku od 45 °. U raznim kombinacijama, ove tri prugaste linije mogu promijeniti fazu signala za bilo koji broj stupnjeva, djeljivih s 45, od 0 do 315 °.
Postepena promjena veličine kašnjenja faze vjerojatno bi trebala dovesti do pojave mrtvih zona. Kako se onda radarska zraka može kretati kontinuirano koristeći osam različitih faznih kašnjenja u intervalima od 45 °? Odgovor na ovo pitanje leži u svojstvima interferentnih obrazaca. Kad god fazna razlika između signala emitiranih sa suprotnih strana antenskog niza dosegne 360° ili jednu valnu duljinu, područje interferencije, gdje se formira snop ukupne amplitude, pomaknut će se u prostoru za udaljenost približno jednaku njegovoj širini . Stoga, kako bi se snop okomit na ravninu antenskog niza (ima ovaj smjer kada su svi signali emitirani u fazi) pomaknuo u susjedni položaj bez stvaranja mrtve zone između ova dva položaja, ukupni fazni pomak duž ravnine antenskog niza trebao bi biti približno 360°.
Nije važno povećavaju li se fazni pomaci duž ravnine rešetke kontinuirano ili postupno (svakih 45 °). Postepena promjena faznih pomaka dovodi samo do blagog smanjenja snage zračenja i određenog gubitka osjetljivosti antenskog sustava. Kako biste osigurali glatkije kretanje snopa antenskog niza s uređajima za pomicanje faze od tri elementa, možete postaviti manju vrijednost ukupnog pomaka faze, na primjer, 180 °, t.j. 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 Elektromagnetski valovi fazni pomak višestrukih valnih duljina 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 osigurava ukupni fazni pomak za jednu valnu duljinu, druga serija ga povećava na dvije valne duljine i tako dalje. Grafički je promjena vrijednosti kašnjenja faze duž ravnine antenskog niza prikazana u obliku zubaca pile: što su njihovi kosi i što je veći njihov broj, to se snop oštrije odbija.
Iz jednostavnih geometrijskih pravila slijedi da s povećanjem odstupanja grede od okomitog smjera učinkovito područje antena se smanjuje. Kao rezultat toga, osjetljivost fazne antene na signale reflektirane od mete brzo se smanjuje pod kutovima otklona zraka od okomite osi za više od 60 °. Stoga, antena s jednom faznom nizom ne može pružiti istu vidljivost u svim smjerovima kao mehanički rotirajuće antene. Jedno od rješenja ovog problema je korištenje nekoliko antenskih nizova okrenutih prema 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 otklona radarske zrake. Kada antenski niz formira snop na 60° prema zenitu, korištenje leće može osigurati još veći otklon, do 90° prema zenitu, t.j. prema horizontu. Dakle, leća omogućuje pregled cijele hemisfere zračnog prostora pomoću antenskog niza. Leća može biti izrađena od posebne keramike ili plastike koja reflektira mikrovalno zračenje. Također može djelovati kao fazni pomak drugog stupnja kako bi dodatno odgodio fazu signala koji emitira antenski niz.
Kada se fazna kontrola koristi za slanje kratkog impulsa pod velikim kutom na okomitu os antenskog niza, emitirani impuls će neizbježno biti izobličen - rastegnut u vremenu i prostoru. Pretpostavimo da antena odašilje impuls od 5 ns. Ako je zračenje radarske stanice usmjereno strogo okomito na ravninu antenskog niza, tada impuls ima pravokutni uzdužni presjek u prostoru; širina mu je jednaka širini antenskog niza, a duljina je udaljenost koju elektromagnetski val prijeđe za 5 ns, t.j. 1,5 m. Ako, pak, zbog faznog pomaka snop značajno odstupi od okomite osi, tada će uzdužni presjek impulsa imati oblik paralelograma. U odnosu na cilj, duljina impulsa bit će veća od 1,5 m, budući da signali koje emitiraju pojedini elementi antenskog niza do cilja ne dolaze istovremeno, već uzastopno. Reflektirani impuls koji se vraća u antenski niz također će se rastegnuti.
Za otkrivanje i praćenje cilja obično se koriste impulsi puno dužeg trajanja, na primjer 1000 ns, a izobličenje unutar nekoliko nanosekundi je od male važnosti. Rastezanje impulsa, zauzvrat, ima mali utjecaj na sposobnost radarske stanice da odredi lokaciju i brzinu cilja prema prirodi reflektiranog signala. Za odvojeno promatranje ciljeva koji se kreću u bliskoj formaciji, međutim, potrebno je emitirati kratke impulse. Također su neophodni za određivanje veličine mete na temelju signala reflektiranih s njegove prednje i stražnje površine. Ako se odaslani kratki impuls rasteže, tada reflektirani signali više ne dolaze odvojeno, već se spajaju, što otežava dobivanje traženih informacija.
metoda, onako, koji služi za upravljanje snopom pomicanjem faza signala, pomaže i u ovom slučaju; omogućuje vam održavanje oblika pulsa. Da bi se osigurao potreban fazni pomak, potrebno je odgoditi signale samo za vrijeme koje odgovara dijelovima valne duljine. Kašnjenja potrebna za izbjegavanje rastezanja pulsa ekvivalentna su cijelom broju valnih duljina. U tom se slučaju emitiranje signala pojedinih elemenata antenskog niza odvija uzastopno, a napredak u emisiji svakog signala u odnosu na sljedeći proporcionalan je udaljenosti koju signal mora prijeći do cilja. Rezultat je isti učinak kao kad bi se antenski niz rotirao, držeći metu u smjeru okomite osi. Ova tehnika je poznata kao upravljanje snopom s vremenskim kašnjenjem. Slično metodi koja koristi povećanje kašnjenja faze, omogućuje slanje na zadanog smjera signal koherentnog i stoga snažnog zračenja.
Tako velika kašnjenja, ekvivalentna udaljenosti od nekoliko metara, koju signal putuje, zahtijevaju uključivanje duljina kabela odgovarajuće duljine u put signala od generatora ili pojačala do zračivog elementa. Velika antena s faznim nizom može sadržavati više tisuća zračećih elemenata, a kada bi svaki imao svoj vlastiti krug odgode, instalacija radara bila bi iznimno složena i skupa. Stoga projektanti radarskih postaja nastoje pronaći kompromisno rješenje kojim bi se istovremeno postigao željeni oblik impulsa, čak i pri velikim kutovima odstupanja smjera zračenja od okomite osi antenskog niza, te konstruktivna jednostavnost. Kao rezultat toga, u modernim radarima s faznim nizom, snop se upravlja pomoću pomaka faze i vremenskog kašnjenja.
U radaru COBRA DANE, na primjer, 15.360 zračećih elemenata povezano je s zasebnim faznim pomicanjem od tri elementa, tako da se faza svakog signala pomiče zasebno. U načinu hvatanja cilja radar emitira impulse u trajanju od 1000 ns, a snop se kontrolira samo uvođenjem faznih kašnjenja. Budući da je svrha radarske stanice praćenje balističkih projektila, ona mora dati podatke o njihovoj veličini nakon otkrivanja. U tu svrhu, antenski niz je podijeljen na 96 sekcija, od kojih svaka uključuje 160 zračećih elemenata. Nakon što je cilj detektiran, postaja počinje emitirati impulse vrlo kratkog trajanja, a signali koji se dovode u svaki dio antenskog niza preliminarno se propuštaju kroz krug vremenske odgode. Ovi krugovi su slični faznim pomacima, ali su mnogo veći. Sastoje se od skupa koaksijalnih kabela različitih duljina, 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 valne duljine, odnosno oko 19,2 m, budući da radna frekvencija radara COBRA DANE je približno 1 GHz.
Budući da je poprečna dimenzija pojedinih dijelova antenskog niza oko 2,7 m, što je malo u odnosu na njegov promjer od 29 m, izobličenja koja nastaju u svakom dijelu niza pri velikim kutovima otklona snopa od okomite osi su u prihvatljivim granicama. Svaki dio antenskog niza emitira signal koji zauzima volumen u prostoru, čiji uzdužni presjek ima oblik paralelograma. Vremenska kašnjenja zbrajaju te signale tako da se izobličenja pojedinačnih signala ne zbrajaju. Kao rezultat toga, oblik impulsa je prilično dobro zadržan, a uređaji koji daju vremenske odgode signala koriste se samo 96, a ne 15 360. Što se tiče potrošnje materijala, pružanje kontrole radarskog snopa COBRA DANE uvođenjem vremenskih kašnjenja zahtijevalo je dodatnu upotrebu kabela ukupne duljine nešto više od 1500 m. Da nije bilo podjele antenskog niza na pojedinačna mjesta, tada bi bilo potrebno dodatnih 165 km kabela.
Zamjena pomične antene skupom stacionarnih zračećih elemenata, osim mogućnosti elektroničkog upravljanja snopom, može pružiti i druge prednosti. Jedna od tih prednosti je osiguravanje visoke operativne pouzdanosti. Fiksni antenski niz je neovisan o stanju mehaničkih istrošenih dijelova kao što su ležajevi i motori. Osim toga, većina mehanički upravljanih radara koristi jednu ili više vrlo velikih vakuumskih cijevi za pojačanje mikrovalnih signala.
Primjer je radar Marconi Martello, proizveden u Velikoj Britaniji i namijenjen uporabi u sustavu protuzračne obrane. Glavni element strujnog kruga u ovoj stanici je elektronska svjetiljka s izlaznom snagom od oko 3 MW. U slučaju kvara cijeli sustav otkazuje. Istina, u takvim radarskim stanicama, dizajniranim za rad u sustavima izviđanja i protuzračne obrane, uvijek je moguće brzo prebaciti na pomoćne izvore mikrovalne energije.
Nasuprot tome, u radaru COBRA DANE zračenu energiju generira 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 žarulje u ovom slučaju dovodi do kvara samo jednog od 96 dijelova antenskog niza, a radarska stanica u cjelini ostaje u funkciji, iako se kvaliteta njenog rada donekle pogoršava. Štoviše, manje je svjetiljke lakše zamijeniti u slučaju kvara nego jednu veliku svjetiljku koja se koristi u radaru Martello.
Poluvodički radari s faznim nizom nude još višu razinu pouzdanosti i jednostavnosti korištenja. Tranzistorizirani krugovi 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 su stanice već instalirane na Cape Codu i u državi Kalifornija i gdje se nalaze planirano u državama Georgia i Texas). V pojedinačni moduli montiran na četiri paralelno spojena tranzistora snage 100 vata. Svaki modul osigurava pobudu jednog emitivnog elementa. Dakle, signali koji se dovode na svaku od dviju površina dvostruke antene istovremeno se pojačavaju za 1792 modula u krugu antenskog elementa, a ne za 96 lampi, tako da kvar jednog elementa još manje utječe na karakteristike radarske stanice kao cijelo. Osim toga, srednje vrijeme između dva kvara za jedan poluvodički modul znatno je duže nego za žarulju 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 duljine 30 cm i koji rade iz izvora napona od 28 V, puno ih je lakše zamijeniti nego svjetiljke u radarske stanice COBRA DANE, koje imaju duljinu 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 pomicanje faze su isključeni. Međutim, uz ovo povećanje učinkovitosti 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 s mogućnošću primanja signala u radarima na poluvodičkim elementima visoka snaga, visoki napon, povećao je važnost tzv. metode kodiranja i kompresije impulsa, uz pomoć koje je moguće simulirati kratke impulse velike snage pri emitiranju signala manje snage i dužeg trajanja. Ova tehnika ne gubi na važnosti ni u slučaju korištenja snažnih radarskih stanica elektronske cijevi kako s mehanički upravljanim antenama, tako i s faznim antenskim nizovima, kada je potrebno dobiti određene informacije o udaljenim objektima.
Domet na kojem radarska stanica zadane osjetljivosti prijamnog 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 danom 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 zasebno promatrati više 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 odašilje, 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 komprimira kako bi se iz njega izvukle sve informacije koje bi se mogle dobiti odašiljanjem stvarno kratkog impulsa. U radaru COBRA DANE, na primjer, impuls od 5 ns prije nego što se pojača i odašilje rasteže se 200 tisuća puta i njegovo trajanje postaje 1 ms. Potrebna vršna snaga smanjena je za isti broj puta - s 3 1012 W na 15 MW, stvarna snaga zračenja COBRA DANE.
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 s najnižom frekvencijom emitira se bez odgode, dok komponenta s najnižom frekvencijom visoka frekvencija dobiva maksimalno kašnjenje od 1 ms. Nakon toga se pojačava i emitira impuls koji već ima trajanje od 1 ms; primljeni povratni signal ima isto trajanje.
Primljeni signal prolazi kroz kompresijski krug koji uvodi niz dodatnih kašnjenja. Ovaj put je trajanje kašnjenja povezano s 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 dobiva isto ukupno kašnjenje. Kao rezultat toga, reflektirani signal se dobiva neiskrivljenim, s trajanjem od 5 ns.
Ako zračeni impuls u trajanju od 1 ms, koji ima duljinu od 300 km u prostoru, tijekom širenja naiđe na objekt koji je mnogo kraći od njega, tada se impuls vraća natrag u obliku dva preklapajuća reflektirana signala. Na uobičajen način takvi reflektirani signali se ne mogu razdvojiti i nemoguće je odrediti veličinu predmeta njihovim relativnim položajem. Međutim, kada se kodirani, preklapajući odjeci komprimiraju, izlaz je dva drugačiji signal trajanje 5 ns.
Impulsno kodiranje i kompresija imaju istu ulogu u poluvodičkim radarskim stanicama. Čak i kada nije potrebno odrediti veličinu objekta od kojeg se signal odbija, točno 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 oborina i od tla. Pritom, poluvodička tehnologija ne može osigurati takve snage koje su nužne pri radu kratkim impulsima kako bi domet radara bio isti kao kod emitiranja dugih impulsa. Stoga, kako bi se dobio veliki domet i visoka rezolucija pri maloj snazi zračenja, kod radara na bazi poluvodičkih elemenata mora se koristiti kodiranje i kompresija impulsa.
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 gospodarstva diktiraju potrebe koje potiču razvoj vojne opreme. Konkretno, civilnom zrakoplovstvu su potrebni podaci o objektima koji se brzo kreću u području uzletišta, gdje zrakoplovi koji dolaze usmjeravaju svoj kurs za slijetanje. Radarske stanice, koje kontroliraju prilaz zrakoplova uzletno-sletnoj stazi, usmjeravaju ih na slijetanje, prateći pritom domet zrakoplova i njihov položaj u odnosu na uzletno-sletnu stazu. Sve veći intenzitet zračnog prometa stvara sve veću potrebu za opremanjem civilnog zrakoplovstva radarima s faznom rešetkom.
Smanjivanjem broja elemenata koji zrače, cijena fazne antene se smanjuje. U većini radarskih primjena antenski sustavi mora imati veliki broj zračećih elemenata. Mali antenski niz ima manje fokusiran i stoga širi snop. To smanjuje njegovu razlučivost u kutnim koordinatama, a mala površina ne može pružiti visoku osjetljivost na reflektirane signale. Kada nije potrebna velika površina zračnog prostora za istraživanje, oba ova nedostatka male antenske mreže mogu se prevladati kombiniranjem s velikim reflektorom.
Vidno polje radara za kontrolu pristupa zrakoplovu ne smije biti 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 sustav koji se sastoji od fazne antene i tradicionalnog reflektora. Jedan od dizajna radara koristi antenski niz sa 443 zračeća elementa, koji radi u sprezi s reflektorom dimenzija 3,96x4,57 m. Polje se nalazi u blizini žarišta reflektora, koji reflektira snop pod bilo kojim kutom zračenja antenskog niza. U ovom slučaju, reflektor djeluje kao leća, fokusirajući snop i smanjujući njegovo bočno raspršivanje. Reflektirane zrake postaju sve uže i uklapaju se u uži kut u prostoru. To poboljšava sposobnost niza da razriješi dva cilja unutar malog kuta i da odredi točan azimut jedne mete. Reflektor također povećava osjetljivost na reflektirani signal. U budućnosti će nova dostignuća u području strujnih sklopova naći primjenu u radaru. Upotreba u radarskoj tehnologiji baza elemenata slično digitalnim integriranim krugovima koji se koriste u računalna tehnologija značajno će smanjiti broj i veličinu komponenti potrebnih za generiranje, primanje i obradu signala. Novi elementi na kristalima galij arsenida poznatih kao monolitna mikrovalna pećnica integrirani krugovi, kombinirati uređaje za pomicanje faza, sklopke i tranzistorska pojačala... Primopredajni modul koji sadrži sve sklopove potrebne za stvaranje jednog zračivog elementa faznog antenskog niza već se može u potpunosti sastaviti na samo 11 takvih mikro krugova. U međuvremenu su potrebne stotine dijelova za izradu modula primopredajnika na temelju poluvodičkih elemenata.
Razvoj elektronike s vremenom će omogućiti
RADARSKI KOMPLEKS S AFAR PAK FA
RADARSKI SUSTAV SA AESA PAK FA
04.03.2014
Jedan od ključni elementi za perspektivni zrakoplovni kompleks dugog dometa (PAK DA) - radarski sustav - već se razvija u Rusiji, rekao je u intervjuu za RIA Novosti generalni direktor Istraživačkog instituta za instrumentaciju V. V. Tikhomirov Yuri Bely.
Prethodno je Ministarstvo industrije i trgovine objavilo sklapanje ugovora s MORH-om o početku financiranja projekta stvaranja PAK DA. Planirano je da ovaj zrakoplov bude uključen u državni program naoružanja za 2016.-2025.
"Ako element shvaćate kao radarski sustav, onda trenutno samo razmatramo ovaj prijedlog", rekao je Bely, odgovarajući na pitanje RIA Novosti o sudjelovanju u razvojnom projektu PAK DA. “Dovršili smo idejni projekt, prenijeli ga na Tupoljevu tvrtku, obranili ga,<..>čekamo zeleno svjetlo i konačni TK ”, - objasnio je direktor NIIP-a.
