Rețeaua de antene în faze active radar. Radar american de avioane cu antenă în faze

Amplitudinea, defazatul si lungimea de unda (frecventa) sunt principalele caracteristici ale oricarei unde

În timpul interferenței, în funcție de lungimea de undă și diferența de fază dintre ele, undele se întăresc reciproc sau se slăbesc reciproc în puncte diferite spaţiu

Pentru prima dată pe un avion de luptă: radarul aeropurtat al aeronavei MiG-31 cu Zaslon PFAR

PFAR "Irbis-E" este instalat pe aeronavele Su-35

Ultima observație: AFAR „Zhuk-AE” pe MiG-35

Concurenții occidentali au și propriile lor AFAR - de exemplu, americanul AN / APG-81, care este planificat să fie instalat pe F-35-uri promițătoare.

Cu ajutorul AFAR, puteți efectua și sondaje topografice ale zonei - fără a fi distras de la activitatea principală a radarului de bord (poza a fost făcută de AFAR AN / APG-81)

Farurile sunt folosite nu numai pe aeronave, ci și pe radarele de la sol (în imagine - radarul multifuncțional Don-2N) ...

... și pe navele navale - ca cele patru radare 348 de pe distrugătorul chinez Haikou

Antenele Phased Array (PAR) sunt cel mai important instrument pentru radarele moderne și cel mai vigilent „ochi” al luptătorilor moderni. Este de remarcat faptul că două tipuri posibile- pasiv (de exemplu, "Barrier" - primul PFAR din lume instalat pe avioanele MiG-31) și activ (de exemplu, "Zhuk-AE" pe noul MiG-35). Se crede că AFAR - element necesar Aeronave de generația a 5-a. Dar pentru a înțelege ce este și cum funcționează, trebuie să începi de departe.

Cuvânt cheie aici este antena. Amintiți-vă că orice antenă este un dispozitiv pentru emiterea și recepția undelor radio. Antenele sunt folosite atât pentru comunicații, cât și pentru detectarea echipamentelor inamice. În cel mai simplu caz, antena funcționează în felul unui liliac, emițând ultrasunete în spațiu, inaudibile pentru urechea noastră, care, reflectate de obiectele din jur, dă animalului o idee despre ele.

Așa au funcționat primele radare, protejând Insulele Britanice de raidurile Luftwaffe: au emis emisii radio în spațiu și au „ascultat” semnalul reflectat. În funcție de caracteristicile de reflexie, este posibil să se calculeze matematic unele proprietăți ale obiectului care a reflectat unda radio - de exemplu, coordonatele acesteia. Cu toate acestea, de atunci, atât știința, cât și tehnologia au făcut un mare pas înainte, iar FAURELE moderne nu seamănă mai mult cu strămoșii lor decât este un computer nou ca mașina de criptare Colossus (am vorbit despre asta în articolul „Colosul britanic”).

Spre deosebire de o antenă simplă, matrice de antene reprezintă întreaga matrice de la sute (și uneori mii) de emițători individuali. Toți acești emițători funcționează în mod concertat, în așa fel încât fazele undelor radio emise de ei se modifică într-un mod complex (de unde și definiția „fazat”).

Amintiți-vă că o undă radio, ca orice altă undă, este o oscilație transversală a câmpurilor electrice și magnetice. Și, ca orice oscilație „decentă”, se caracterizează prin:

Amplitudinea, care determină „puterea” oscilației.

Lungimea de undă și frecvența asociată a oscilației. Această valoare determină natura oscilației electromagnetice. Undele radio au lungimi de undă care variază de la zecimi de milimetru la zeci de metri. Pentru radar se folosesc lungimi de undă centimetrice, cu o frecvență de aproximativ 3-30 GHz.

Faza - adică starea sistemului oscilator în acest moment timp. Deoarece lungimea de undă și frecvența sunt, în principiu, constante, faza semnalului radar arată „poziția” curentă a undei pe scara de amplitudine.

Dintre aceste caracteristici, ne interesează mai ales faza, sau mai bine zis, diferența de fază a oscilațiilor. De la cursul școlii de fizică, ne amintim că undele, întâlnite în diferite puncte din spațiu, interferează, adică se „recombină” între ele în funcție de diferența dintre fazele lor în aceste puncte. Ambele se pot întări reciproc și se pot slăbi reciproc.

Să terminăm o mică digresiune teoretică și să revenim la FAURI. După cum ne amintim, fiecare antenă din matrice radiază separat de celelalte, dar în coordonare cu acestea - astfel încât diferența de fază a semnalelor radio emise de acestea să poată fi controlată - ceea ce înseamnă că este posibil să se controleze interferența undelor la punctele de spațiu de care avem nevoie. Făcând acest lucru, vom obține imediat o mulțime de avantaje.

În primul rând, vom putea face semnalul, după bunul plac, fie larg, fie foarte îngust focalizat și, în principiu, să îi dăm cea mai variată formă de care avem nevoie. Acest lucru ne permite să economisim în mod semnificativ energie, întărind „scanarea” doar în direcțiile care ne interesează.

Pentru a îngusta fasciculul, puteți, desigur, să utilizați o antenă „antenă” hiperbolică convențională, dar instalarea acesteia pe un avion este problematică, iar controlul fasciculului său necesită rotirea întregii antene - și aceasta nu este o sarcină ușoară. Astfel de antene, în principiu, sunt montate pe aeronavele anterioare, dar este atât greoaie, cât și lent, iar dacă începeți să rotiți antena suficient de repede, inevitabil vor apărea probleme de control.

Acest lucru ne aduce la al doilea avantaj al farurilor: pentru a schimba direcția fasciculului radio, nu este nevoie să rotim farul în sine: este suficient să schimbăm diferența de fază a semnalelor emise de antene. Aceasta înseamnă că nu sunt necesare echipamente hidraulice voluminoase și complexe, iar pierderea de timp pentru rotația unei antene voluminoase este, de asemenea, eliminată: comutarea fazelor este controlată de electronică și are loc mișcarea „atenției” focalizate îngust a FAURILOR. aproape instantaneu.

În același timp, PAR-ul primește un semnal din toate direcțiile - dar în unele dintre ele devine mult mai sensibil, ceea ce îl face deosebit de util, să zicem, pentru conducerea unei ținte detectate. Acesta este deja un lucru care nu este o rușine să îl puneți în orice avion!

În primul rând, în acest scop au fost utilizate rețele de antene fază pasive (PFAR) cu un emițător și un receptor. Celulele sale nu conțin emițători și receptori separati, ci defazatori speciali, care, primind un semnal de la emițător, își schimbă faza. în mod corespunzător. Dar o versiune mai modernă este un far activ (AFAR), fiecare celulă având propriul emițător și receptor, deși, desigur, toate funcționează sub controlul unui singur centru electronic. Fiecare celulă APAA în sine emite un semnal controlat în fază și frecvență, și în cea mai mare parte versiuni dificile- și amplitudine.

Spre deosebire de PFAR, acestea sunt mult mai sensibile și mai fiabile: defecțiunea emițătorului sau receptorului nu face din întregul AFAR un morman de fier inutil, continuă să funcționeze: există sute de astfel de receptor-emițătoare în AFAR! Ei bine, computerele moderne și puternice extind și mai mult capacitățile acestui instrument, permițându-vă să conduceți simultan zeci de ținte, inclusiv cele terestre - și chiar să mapați zona în paralel cu munca principală.

Mai mult, devine posibil să lucrezi cu frecvente diferite radiații, creșterea imunității la zgomot sau, să zicem, utilizarea AFAR pentru a interfera cu inamicul: o parte a celulelor funcționează ca un radar, iar cealaltă ca un bruiaj. În cele din urmă, sunt mai economice: în PFAR există pierderi mari de semnal în timpul transmisiei către defazatoare, dar în AFAR pur și simplu nu există.

Desigur, în această mare de miere a existat un loc pentru o cantitate suficientă de gudron. Principala durere de cap pentru dezvoltatorii de radare cu AFAR este răcirea. O astfel de masă de emițători se supraîncălzi extrem de puternic și, chiar și în timpul zborului, răcirea cu aer este complet insuficientă și trebuie utilizat un sistem lichid umplut cu agenți frigorifici speciali.

O altă problemă este costul: în AFAR-urile moderne, numărul de elemente individuale ale celulei ajunge la sute, sau chiar 1-1,5 mii. Și dacă fiecare dintre ele nu costă prea mult - să zicem, câteva sute de dolari - atunci iese destul de bine in total.

Antenă activă în fază (AFAR) - un fel de matrice de antene în fază (PAR).

Într-o antenă activă cu matrice de fază, fiecare element de matrice sau grup de elemente are propriul emițător miniatural cu microunde, eliminând necesitatea unui singur tub emițător mare utilizat în radarele cu matrice de fază pasive. Într-o matrice activă fază, fiecare element constă dintr-un modul care conține un slot de antenă, un defazător, un transmițător și adesea și un receptor.

Comparație cu grătarul pasiv

Într-o matrice pasivă obișnuită, un singur transmițător cu o putere de câțiva kilowați alimentează câteva sute de elemente, fiecare dintre acestea emizând doar zeci de wați de putere. Un amplificator modern cu tranzistor cu microunde poate, totuși, să producă și zeci de wați, iar într-un radar activ în fază, câteva sute de module, fiecare cu o putere de zeci de wați, produc un fascicul principal de radar puternic de câțiva kilowați.

Deși rezultatul este identic, rețelele active sunt mult mai fiabile, deoarece defecțiunea unui element transceiver al matricei distorsionează modelul antenei, ceea ce degradează ușor performanța locatorului, dar în general rămâne operațional. Defecțiunea catastrofală a lămpii emițătorului, care este o problemă cu radarele convenționale, pur și simplu nu se poate întâmpla. Avantaj suplimentar - economie de greutate fără o lampă mare de mare putere, un sistem de răcire asociat și o sursă mare de alimentare de înaltă tensiune.

O altă caracteristică care poate fi utilizată numai în rețele active este capacitatea de a controla câștigul modulelor individuale de transmisie/recepție. Dacă se poate face acest lucru, intervalul de unghiuri prin care fasciculul poate fi deviat este mult mărit și, astfel, multe dintre limitările de geometrie ale matricei pe care le au rețelele convenționale în faze pot fi ocolite. Astfel de grătare sunt numite grătare de supramărire. Nu este clar din literatura publicată dacă orice matrice de antene existentă sau planificată utilizează această tehnică.

Defecte

Tehnologia AFAR are două probleme cheie:

Disiparea puterii
Prima problemă este disiparea puterii. Datorită deficiențelor amplificatoarelor cu tranzistori cu microunde (circuit integrat monolitic cu microunde, MMIC (Engleză) Rusă ), eficiența transmițătorului modulului este de obicei mai mică de 45%. Drept urmare, AFAR alocă un numar mare de Căldura care trebuie disipată pentru a împiedica cipurile transmițătorului să se topească și să se transforme în arseniură de galiu lichidă - fiabilitatea cipurilor GaAs MMIC se îmbunătățește la temperaturi scăzute de funcționare. Răcirea tradițională cu aer utilizată în computerele și avionica convențională este prost potrivită pentru densitatea mare de împachetare a celulelor AFAA, rezultând că AFAA moderne sunt răcite cu lichid (designele americane folosesc un lichid de răcire polialfaolefină (PAO) similar cu fluidul hidraulic sintetic). Un sistem tipic de răcire cu lichid folosește pompe care introduc lichid de răcire prin canalele din antenă și apoi îl descarcă într-un schimbător de căldură - acesta poate fi fie un răcitor de aer (radiator), fie un schimbător de căldură în rezervorul de combustibil - cu un al doilea lichid care răcește căldura schimbă bucla cu plumb temperatura ridicata din rezervorul de combustibil.

În comparație cu radarul convențional pentru avioanele de luptă cu aer răcit, AFAR este mai fiabil, dar va consuma mai multă energie electrică și va necesita mai multă răcire. Dar AFAR poate oferi o putere de transmisie mult mai mare, ceea ce este necesar pentru o rază de detecție mai mare a țintei (creșterea puterii de transmisie, totuși, are dezavantajul de a crește urmele de-a lungul căreia inteligența radio inamică sau RWR poate detecta radarul).

Preț
O altă problemă este costul producției în masă a modulelor. Pentru un radar de luptă care necesită de obicei 1000 până la 1800 de module, costul AFAR devine inacceptabil dacă modulele costă mai mult de o sută de dolari fiecare. Modulele timpurii au costat aproximativ 2.000 USD, ceea ce a împiedicat utilizarea în masă a AFAR. Cu toate acestea, costul unor astfel de module și cipuri MMIC este în scădere constantă, deoarece costul dezvoltării și producției lor este în scădere constantă.

În ciuda dezavantajelor, rețelele active în fază sunt superioare antenelor radar convenționale în aproape toate felurile, oferind o capacitate și fiabilitate mai mari de urmărire, deși cu o oarecare creștere a complexității și, eventual, a costurilor.

Modul de recepție-transmisie

Modul transceiver AFAR

Modul de recepție-transmisie- aceasta este baza canalului de procesare a semnalului spațial în APAA.

Compoziția sa include element activ este un amplificator care face ca acest dispozitiv să nu fie reciproc electrodinamic. Prin urmare, pentru a permite dispozitivului să funcționeze atât pentru recepție, cât și pentru transmisie, acesta separă canalele de transmisie și cele de recepție. Separarea este efectuată fie de un comutator, fie de un circulator.

canal de recepție

Parte canal de recepție include următoarele dispozitive:

• Dispozitiv de protecție a receptorului- de obicei fie un eclator de scânteie, fie un alt dispozitiv de prag care previne supraîncărcarea canalului de recepție.
• Amplificator cu zgomot redus- două sau mai multe etape de amplificare a semnalului activ.
• Schimbător de fază- dispozitiv pentru întârzierea de fază a semnalului în canal pentru a seta distribuția de fază pe toată deschiderea rețelei.
• Atenuator- un dispozitiv pentru setarea (reducerea, atenuarea) amplitudinii semnalului pentru setarea distribuției amplitudinii de-a lungul deschiderii rețelei.

Canal de transmisie

Compoziția canalului de transmisie este similară cu compoziția canalului de recepție. Diferența constă în absența unui dispozitiv de protecție și cerințe mai mici de zgomot pentru amplificator. Cu toate acestea, amplificatorul de transmisie trebuie să aibă o putere de ieșire mai mare decât amplificatorul de recepție.

Produs radar cu AFAR

• AN/APG-63(V)2/3 (F-15 C/E)
• AN/APG-79 (F/A-18 E/F)
• AN/APG-80 (F-16 Bloc 60)
• AN/APG-81 (F-35)
• AN/APQ-181 (B-2 Spirit)
• EL/M-2052 (F-15, MiG-29, Mirage 2000)

Vezi si

Legături

Fundația Wikimedia. 2010 .

Yuri Ivanovich Bely s-a născut în 1951. A absolvit Școala Tehnică Superioară din Moscova. N.E. Bauman. Din 1974 - pe serviciu militar. A servit ca reprezentant militar la Institutul de Cercetare a Ingineriei Instrumentelor, șef adjunct al departamentului de comandă al Forțelor Aeriene. Din 1987 - șef al reprezentanței militare la NIIP. Grad militar - colonel. Din martie 1998 - Director al NIIP. În prezent - director general SA „NIIP im. V.V. Tihomirov. Doctor în științe (inginer), academician al Academiei Internaționale de Informatizare, membru al STC al complexului militar-industrial din cadrul Guvernului Federației Ruse. Cavaler al Ordinelor Prieteniei și „Pentru Meritul Patriei” gradul IV.

Una dintre componentele principale ale capacităților de luptă înalte ale luptătorilor moderni este un sistem perfect de control al armelor, care se bazează pe o stație radar aeropurtată puternică. Toți avioanele de vânătoare ale familiei Su-27 și Su-30 furnizate pe piața mondială și care servesc în Forțele Aeriene interne sunt echipate cu sisteme de control al armelor dezvoltate la Institutul de Cercetare a Ingineriei Instrumentelor, numit după I.I. V.V. Tihomirov. NIIP este un pionier în dezvoltarea radarelor phased array (PAR). Pentru prima dată, radarul „Tikhomirovskaya” cu PAR a fost folosit pe interceptorul de luptă MiG-31. Începând cu aeronava Su-30MKI, radarele PAR sunt deja instalate pe avioanele de luptă Sukhoi. Anul acesta, au început testele noului avion de luptă multifuncțional Su-35, pentru care NIIP creează radarul pasiv phased array Irbis-E, cel mai avansat din clasa sa. Și pentru un luptător promițător din a cincea generație, Tikhomiroviții își dezvoltă primul radar cu o rețea de antene în fază activă (AFAR). Pentru a afla cum se dezvoltă munca pe aceste subiecte, corespondentul Rise, Andrey Fomin, sa întâlnit cu directorul general al Institutului de Cercetare al Ingineriei Instrumentelor JSC. V.V. Tikhomirov” Yuri Bely, care a acceptat cu amabilitate să acorde un interviu revistei noastre.

Yuri Ivanovici, te rog să ne spui cum este testat radarul Irbis-E cu farurile.

Programul merge bine. Continuăm să zburăm pe laboratorul de zbor Su-30MK2 cu un set radar experimental Irbis-E cu un transmițător de 1 kW - zburăm de aproape un an și jumătate și am primit confirmarea principalelor caracteristici. Majoritatea modurilor au fost elaborate, în special - modul multifuncțional aer-aer, modul de avertizare timpurie, modurile aer-suprafață cu joasă, medie și Rezoluție înaltă. În plus, a fost fabricat un set de unități radar, inclusiv un transmițător standard de 5 kilowați pentru seria Irbis-E, care este supus unor teste de laborator - le finalizăm în în întregime anul acesta

În plus, am produs două modele ale sistemului de control radar într-un set complet pentru instalare pe aeronave experimentale Su-35. Primul dintre ele, care a fost deja testat în laboratoarele NIIP și apoi în unitățile relevante ale KnAAPO, a fost instalat la bordul celui de-al doilea exemplar al Su-35. Când, conform programului de testare a aeronavei, vine rândul testării în zbor a complexului radar, îl vom porni. Pentru a asigura testarea Irbis-ului pe Su-35, a fost pregătită o stație de control și reparare a vehiculelor (KRAS) cu locuri de muncă - prin urmare, vom începe în curând să zburăm cu o aeronavă reală cu un complex la scară largă al Irbis. Al doilea set pentru următorul avion experimental a fost deja fabricat, testat de noi și predat pentru acceptare. În curând va fi instalat și la bord. Astfel, programul de testare Irbis este în plină desfășurare, iar până când Su-35 va fi gata de producție în serie, sistemul său radar va fi pe deplin dezvoltat.

Sistem de control radar cu faruri „Baruri”, care este acum în producție pe scară largă. Este echipat cu avioane de vânătoare Su-30MKI, Su-30MKM și Su-30MKA furnizate de Forțele Aeriene din India, Malaezia și Algeria. În plus, producția licențiată de „Baruri” este stăpânită în India, iar „NIIP numit după V.V. Tikhomirov lucrează la modernizarea sa în etape.

Este posibil să instalați Irbis pe aeronavele Su-27 produse anterior în procesul de modernizare a acestora?

Această opțiune a fost elaborată ca parte a programului Su-27SM2. De fapt, aceasta este configurația sistemului de control radar, care acum este testat într-un laborator zburător cu un transmițător kilowatt (puterea aeronavei nu permite utilizarea unui transmițător de 5 kW pe Su-27 produse anterior). Prin urmare, versiunea Irbis care se află acum în laboratorul de zbor este un kit aproape gata făcut pentru modernizarea aeronavelor de luptă. Cu toate acestea, aparent din considerente financiare, s-a decis să se dezvolte modernizarea Su-27SM fără a schimba tipul de radar, ci doar creșterea capacităților acestuia - introducerea de noi moduri, asigurarea utilizării de noi tipuri de arme etc. O astfel de aeronavă a fost construită și a intrat în teste de zbor anul acesta. Dar trebuie avut în vedere faptul că testele pot dura mai mult de un an, iar resursa calendaristică rămasă a luptătorilor de luptă, dintre care „cele mai tinere” au fost lansate la începutul anilor 90, este în scădere constantă între timp. Singura cale de ieșire din această situație poate fi achiziționarea de noi aeronave - cum ar fi Su-35, care au imediat la bord radarul cu Irbis PAR. Forțele aeriene ruse s-au apropiat deja de o astfel de decizie. La prezentarea Su-35 la FRI pentru presă în iulie anul acesta, comandantul șef al Forțelor Aeriene, generalul colonel Alexander Zelin, a spus că posibilitatea de a comanda noi avioane Su-35 pentru a rearma două sau trei regimente ale rusești. Forțele aeriene cu ei sunt luate în considerare.

Există vreun plan de dezvoltare a predecesorului Irbis - sistemul de control radar Bars folosit pe aeronavele Su-30MKI? Exista vreo cale de urmat pe acest subiect?

Mai este ceva de parcurs. Să luăm, de exemplu, Su-30MKI. A trecut testele de evaluare a configurației actuale a „Barurilor” pe aeronavele Su-30MKI din India, care au confirmat eliminarea tuturor comentariilor. Și acum Forțele Aeriene Indiene ridică întrebarea: să facă toate cele 140 de avioane conform program licențiat, calculată până în 2014, în forma aprobată la sfârșitul anilor 90. - nerezonabil. Prin urmare, ei ne oferă să realizăm modernizarea Barurilor în procesul de producție licențiată, incl. cerând să folosească AFAR pe el. La noi, am elaborat propuneri care prevăd o modernizare în două etape. În prima etapă, „Barurile” rămâne cu o matrice fază pasivă, dar capacitățile radarului în ceea ce privește modurile și caracteristicile de operare vor fi crescute. Și în a doua etapă, ținând cont de bazele pentru AFAR primite până la acel moment ca parte a lucrărilor la aeronava de generația a cincea, Bars pot fi deja echipate cu o rețea activă de antene în fază. Forțele aeriene indiene iau în considerare în prezent aceste propuneri ale noastre și sperăm că se va lua în curând o decizie cu privire la modul de modernizare a barurilor.

Sistemul de control radar Irbis-E la bordul Su-35 = la show-ul aerian MAKS-2007 (sus) și la laboratorul de zbor Su-30MK2 (mai jos)

Dacă conversația s-a îndreptat deja către modernizare, vă rugăm să ne spuneți cum progresează lucrările de modernizare a SUV-ului Zaslon al luptătorilor-interceptoare MiG-31. Forțele Aeriene Ruse au anunțat deja oficial că primăvara aceasta au primit primul avion modernizat de acest tip...

Revenind la subiectul „Barieră”, trebuie mai întâi să remarcăm că aceasta este a noastră dezvoltare de bază, cu care am început utilizarea scanării electronice la bordul aeronavei, utilizarea computerelor digitale - aceasta a fost prima dată în practica noastră domestică. SUV-ul „Zaslon” cu PAR la bordul avionului de luptă MiG-31 este o prioritate necondiționată nu numai pentru NIIP ei. V.V. Tihomirov, dar în toată țara noastră. De atunci (și MiG-31 a fost dat în funcțiune în 1981), au trecut mulți ani, iar complexul, desigur, necesită modernizare. Această lucrare este în desfășurare. Anul trecut, prima etapă a testelor comune de stat (GSI) a MiG-31 modernizat a fost finalizată. Uzina Leninets a început să furnizeze sistemele modificate aeronavelor de producție, iar primul dintre ele a intrat în funcțiune anul acesta. În același timp, testele pe cea de-a doua etapă a CSI sunt în desfășurare la GLITS din Akhtubinsk, care este programată să fie finalizată până la sfârșitul acestui an.

Ce s-a făcut deja? În primul rând, modernizarea a atins domeniul de informare și control al cabinei navigatorului: realizat sistem nou indicații pe LCD cu noi tipuri de afișare a informațiilor. În al doilea rând, raza de acțiune a complexului a fost mărită. În al treilea rând, gama de arme folosite a fost extinsă. În același timp, antena în sine rămâne neschimbată, dar unele unități SUV sunt schimbate, iar sistemul informatic este înlocuit complet. Vehiculele deja întrerupte utilizate pe MiG-31 fac loc unor computere moderne de bord de nouă generație. În viitor, intenționăm să creștem și mai mult capacitățile complexului.

Și, în sfârșit, ajungem la cel mai important lucru - lucrul la AFAR. Cu puțin peste un an în urmă, la show-ul aerian MAKS-2007, au fost prezentate pentru prima dată fragmente la scară largă de prototipuri de matrice active fază dezvoltate de NIIP. După cum știți, institutul dumneavoastră este dezvoltatorul principal al sistemului radio-electronic cu AFAR pentru a cincea generație de aeronave. Cum evoluează aceste lucrări?

Lucrarea decurge conform graficului, conform contractului pe care l-am semnat cu Sukhoi. De acest programîn noiembrie a acestui an, primul full-size complet echipat cu module transceiver și AFAR reglat va fi livrat la stand pentru andocare cu restul stației. Astăzi, prima antenă a fost deja complet asamblată, finalizată și predată pentru reglare. Producția de module transceiver pe bază de microcircuite monolitice a fost lansată la Întreprinderea de Cercetare și Producție Istok, asamblarea celui de-al doilea eșantion este în curs, iar achiziția pieselor și modulelor celui de-al treilea eșantion a început. Astfel, astăzi avem deja trei antene în producție. Ei vor merge succesiv la procese - primul, cum am spus, în noiembrie, al doilea - în martie-aprilie a anului următor și așa mai departe. Deja anul viitor, AFAR este de așteptat să fie instalat pe unul dintre primele prototipuri ale aeronavei de generația a cincea, care sunt în prezent construite la KnAAPO, iar în 2010 să înceapă testarea în zbor. Astăzi, putem spune cu încredere că toate problemele tehnice în dezvoltarea și fabricarea modulelor transceiver au fost depășite. Acum rezolvăm probleme legate de antenă în ansamblu - răcire, împerechere, control al fasciculului, dar, subliniez, totul se mișcă în conformitate cu programul aprobat. Pe măsură ce testele progresează, vom crește treptat compoziția complexului - mai întâi pe standuri, apoi pe aeronave, ca urmare - vom ajunge la configurația pe deplin prevăzută de caietul de sarcini.

Fragment al unui prototip la scară completă al AFAR în bandă X dezvoltat de NIIP. V.V. Tikhomirov, prezentat pentru prima dată public la show-ul aerian MAKS-2007 în august 2007.

Cât timp poate fi necesar pentru întregul ciclu de testare și reglare fină a AFAR?

După cum știți, dezvoltarea unui radar modern durează de obicei 5-7 ani. Prin urmare, dacă luăm ca punct de plecare anul curent 2008, când a început dezvoltarea efectivă a echipamentului, atunci putem presupune că sistemul nostru va fi complet gata de funcționare până în 2014-2015. Situația este similară și în străinătate: chiar și F-22, care a fost pus în funcțiune de ceva timp, nu a dezvoltat încă pe deplin toate modurile AFAR. În acest sens, trebuie remarcat faptul că NIIP le. V.V. Tikhomirov are o bogată experiență în domeniul rețelelor de antene în faze. La un moment dat, americanii au sărit peste etapa FAURILOR pasive - trecând de la grilajele cu fante direct la AFAR. Avem multă experiență în domeniul PAR, care a trecut deja în jur de 40 de ani (și susținem că AFAR diferă de PAR pasiv de fapt doar prin proiectarea tehnologică a emițătorilor, iar restul de matematică și modelare luăm aparat din PAR pe care deja le-am stăpânit bine) , ceea ce ne oferă avantaje serioase, incl. și în ceea ce privește finalizarea. Avem astfel de evoluții în PAR pe care nimeni altcineva din lume nu le are!

Probabil că urmăriți munca la AFAR, care se desfășoară atât în ​​străinătate, cât și la noi. Puteți numi câteva caracteristici ale proiectului dvs. în raport cu celelalte, avantajele acestuia?

Ei bine, este destul de dificil de comparat cu americanii, deoarece există foarte puține informații reale (și nu publicitare) și se poate judeca doar după câteva semne indirecte. Dar credem că am stabilit și implementăm caracteristici care nu sunt cel puțin inferioare, dar de fapt într-un fel superioare celor deținute, de exemplu, de radarele AFAR ale aeronavelor F-22 și F-35. În ceea ce privește munca desfășurată de alți dezvoltatori autohtoni de radare, principala diferență constă în tehnologie. Ne bazăm pe cele mai moderne tehnologii de microcircuite monolitice de microunde din lume, în timp ce colegii noștri din casă folosesc așa-numitele tehnologii hibride, care, de exemplu, au fost deja abandonate în Europa. La fel ca noi, americanii își construiesc AFAR-urile pe microcircuite monolitice, cu perspectiva creșterii gradului de integrare a acestora și a trece pe viitor la ceea ce se numește „piele inteligentă” - i.e. Modulele transceiver pot fi amplasate oriunde în aeronavă, formând câmpul de radiație necesar. Astfel, ne aflăm pe principala cale mondială a dezvoltării AFAR.

Se poate spune că tehnologiile obținute în timpul dezvoltării AFAR în cadrul acestui program pot fi folosite în viitor pentru a crea radare pentru alte aeronave și, în general, pentru alte tipuri de echipamente?

Desigur. De exemplu, mai devreme sau mai târziu poate apărea problema dezvoltării unui nou avion de vânătoare ușoară din a cincea generație sau a echipării AFAR-urilor cu avioane modernizate de generația 4+, 4++ etc. Și în acest caz, în loc să „reinventăm roata” din nou, este mai bine să folosiți tehnologii deja dovedite, asigurând în același timp încărcarea producției (la urma urmei, cu cât scara de producție a modulelor de recepție și transmitere este mai mare, cu atât costul acestora este mai mic). . Sarcina în acest caz se va reduce pur și simplu la scalare: vor rămâne toate aceleași tehnologii și componente și va fi necesară doar reducerea diametrului antenei. Aceasta nu mai este o sarcină științifică, ci una pur constructiv-tehnologică. Mai departe. Modulele transceiver care au fost deja stăpânite în producție pot fi utilizate în stațiile radar, de exemplu, în sistemele de rachete antiaeriene. Deci, cu cât găsim mai multe aplicații pentru tehnologii deja dovedite, cu atât mai bine. Până la urmă, dacă mai devreme aveam sarcina de a crea și „promova” producția, acum poate apărea situația inversă: capacitățile sunt „promovate”, iar consumul este scăzut. Numai în condiții de încărcare bună de producție, costul modulelor poate fi acceptabil.

Și care este viziunea ta - în viitor va fi un loc pentru ambele direcții de dezvoltare PAR (activ și masiv), sau odată cu dezvoltarea AFAR, linia PAR pasiv va fi uitată?

Eu cred că, cel puțin în viitorul previzibil, ambele direcții vor avea propria lor nișă. AFAR va putea înlocui PAR-ul convențional numai dacă elementul său de bază devine foarte ieftin. Între timp, chiar și în condițiile producției de serie în masă, la nivelul actual de tehnologie, costul AFAR și PAR diferă semnificativ. Așa că este prea devreme pentru FAURI pasive să intre în istorie.

Vladimir SHCHERBAKOV Sikorsky fotografia companiei

Eli Bruckner

O antenă radar care se rotește constant, care direcționează semnale de înaltă frecvență către orizont pentru a detecta obiecte îndepărtate, este un element integrant al panoramei unui aerodrom modern. Cu toate acestea, în multe dintre cele mai cunoscute aplicații radar, cum ar fi aviația, apărarea aeriană și informații, oglinda antenă controlată mecanic începe să fie înlocuită cu un nou tip de dispozitiv. Situat în același plan, un set de antene mici identice, fiecare dintre ele capabile să transmită și să primească semnale, înlocuiește reflectorul concav. Fasciculul creat de acest set de antene se deplasează în spațiul aerian, în timp ce sistemul de antenă în sine rămâne staționar. Direcția radiației electromagnetice generate de radar este stabilită de un dispozitiv electronic special, iar controlul fasciculului se bazează pe utilizarea fenomenului de interferență a undelor electromagnetice. Această inovație tehnică folosită în sistemele radar se numește antene cu matrice fază. Principiile de bază ale construirii stațiilor radar rămân aceleași.

Funcționarea tuturor stațiilor radar se bazează pe radiația direcțională a semnalelor radio. De regulă, frecvența radiației se află în intervalul de microunde, de la 3108 la 1010 Hz, deși unele tipuri de stații radar cu foarte raza lunga acţiunile operează în domeniul de înaltă frecvenţă (HF) şi frecvențele microundelor(UHF), sau, respectiv, în intervalele de la 3106 la 3107 Hz și, respectiv, de la 3107 la 3108 Hz. În funcție de formă, antena emite un fascicul îngust, foarte direcțional, potrivit pentru urmărirea precisă a țintei, sau un fascicul larg în formă de evantai, cel mai potrivit pentru vizualizarea unor zone largi ale spațiului aerian.

Când semnalul transmis de antenă ajunge la obiect, acesta este reflectat. Dacă puterea pulsului transmis, sensibilitatea antenei și reflectivitatea obiectului sunt suficient de mari, semnalul reflectat care lovește antena poate fi detectat de stația radar. În funcție de tipul de radar și de tipul de impuls emis, semnalul reflectat poartă diverse informatii despre obiectiv.

Direcția din care vine semnalul reflectat determină locația obiectului și dacă stația radar emite impulsuri de energie și nu semnal continuu, atunci întârzierea de timp dintre trimiterea pulsului și primirea semnalului reflectat poate fi folosită și pentru a aprecia distanța până la obiect. Unele radare oferă măsurarea deplasării Doppler a frecvenței semnalului reflectat (adică diferența dintre frecvențele semnalelor directe și reflectate), care apare atunci când sursa de radiație (în acest cazținta) și receptorul (radarul) se mișcă unul față de celălalt. Valoarea deplasării Doppler calculează viteza obiectului către sau departe de antenă.

Pentru o anumită distanță până la un obiect, intensitatea semnalului reflectat oferă o idee despre dimensiunea obiectului. Cuvântul „reprezentare” este folosit aici în mod deliberat: două obiecte de aceeași dimensiune, dacă au o formă diferită sau sunt realizate din materiale diferite, vor trimite semnale reflectate care diferă semnificativ în intensitate. Pentru a obține mai mult informatii exacte cam de dimensiunea obiectelor, unele radare transmit impulsuri atât de scurte încât sunt fizic mai scurte decât țintele pe care le-ar putea întâlni pe calea lor. Dacă stația radar radiază energie doar pentru câteva miliarde de secundă, atunci când transmiterea pulsului se încheie, partea frontală a acestuia va trece distantaîntr-un spaţiu de ordinul unuia sau mai multor metri. Un astfel de impuls în spațiu are o extensie mai scurtă decât, de exemplu, un avion. Semnalele radio sunt reflectate atât de pe suprafața îndepărtată, cât și de pe cea apropiată a țintei, iar în cazul unui impuls extrem de scurt, se formează două semnale reflectate. Intervalul de timp dintre aceste două semnale reflectate corespunde lungimii țintei.

De la radar tip convențional cercetează zone largi ale spațiului aerian, poate colecta informații despre un număr mare de obiecte. Totuși, între momentele succesive când aceeași țintă se află în câmpul vizual al radarului, există inevitabil un interval de timp (uneori semnificativ). Rata de actualizare a informațiilor țintă, de ex. frecvența cu care aceeași țintă este fixată de radar, pentru majoritatea stațiilor cu antenă rotativă, nu depășește viteza de rotație a oglinzii antenei în jurul axei acesteia. În radarele de control al traficului aerian, de exemplu, linia verde a scanării radiale, care se deplasează pe ecran, lăsând urme pe el care caracterizează noua poziție a aeronavei și purtând alte informații despre aceasta, se rotește cu aceeași viteză ca și oglinda antenei. el însuși se rotește. Actualizarea informațiilor despre obiectul observat în astfel de stații radar se face de obicei la fiecare șase secunde și chiar și în cele mai avansate stații militare, informațiile sunt rareori actualizate de mai mult de două ori într-o secundă.

Sunt împrejurări în care informație nouă informațiile despre poziția și mișcarea țintelor sunt necesare pentru a fi obținute mai frecvent. Un singur radar orientabil mecanic poate furniza date continue asupra unuia sau mai multor obiecte apropiate, urmărindu-le în mod constant prin rotirea sistemului de antenă. Cu toate acestea, pentru multe misiuni de luptă și recunoaștere, cum ar fi urmărirea de pe o navă de război a mai multor rachete care se deplasează spre ea din direcții diferite sau observarea atentă a zborului mai multor componente ale unui focos dezintegrat într-un test ICBM, fiecare dintre un număr mare de ținte trebuie să fie observat continuu. Până de curând, în astfel de cazuri, s-a recurs la utilizarea mai multor stații radar, fiecare dintre acestea fiind destinată urmăririi uneia sau mai multor ținte. Odată cu apariția stațiilor radar cu antenă în faze, necesitatea utilizării mai multor radare cu antene controlate mecanic în astfel de cazuri a dispărut. Acum pot fi înlocuite doar de o singură stație, echipată cu un nou sistem de antenă. Un exemplu este o stație radar cu numele de cod COBRA DANE, care are o matrice de antene în fază; este instalat pe malul Mării Bering și poate monitoriza simultan sute de ținte dispersate într-un spațiu limitat cu 120 ° în azimut și aproximativ 80 ° în altitudine. În realitate, stația radar observă aceste ținte simultan, aruncându-și automat fasciculul de la o țintă la alta într-un timp măsurat în microsecunde.

Controlul electronic al fasciculului care realizează aceste caracteristici remarcabile se bazează pe utilizarea unui simplu fenomen fizic. Când sursele din apropiere radiază energie simultan la aceeași frecvență, undele care provin din aceste surse se adună. Acest fenomen se numește interferență. Natura interacțiunii a două unde din două surse separate în spațiu depinde de defazarea dintre aceste unde. Dacă crestele și, respectiv, jgheaburile unui val coincid cu crestele și, respectiv, jgheaburile altei undă (defazatul este 0), atunci oscilația rezultată va avea o amplitudine totală. Dacă undele sunt defazate și crestele și jgheaburile lor nu se potrivesc, atunci semnalul rezultat va fi atenuat sau (cu o schimbare de fază de 180°) egal cu 0.

O rețea de antene în fază este de obicei asamblată din elemente radiante situate în același plan și la aceeași distanță unele de altele, cărora le sunt furnizate semnale de microunde de amplitudine și fază egale. Un oscilator principal generează un semnal, iar tranzistoarele și tuburile speciale concepute pentru funcționarea cu microunde, cum ar fi tuburile cu unde mișcătoare, îl amplifică. Dacă semnalele sunt emise în fază de la toate elementele matricei, atunci amplitudinile lor sunt adăugate în anumite puncte din spațiu de-a lungul unei linii perpendiculare pe planul matricei. În consecință, semnalul emis va fi puternic, iar semnalul reflectat de obiectele aflate pe calea propagării sale de-a lungul axei perpendiculare pe planul rețelei de antene și într-un unghi mic față de o parte a acestuia va avea suficientă intensitate pentru a-l detecta. .

La unghiuri mari de abatere de la axa perpendiculară a rețelei de antene, semnalele de la diferite elemente radiante trebuie să parcurgă distanțe inegale până la țintă. Ca urmare, raportul dintre fazele lor se schimbă și ele interferează, slăbind sau distrugându-se complet reciproc. Astfel, în afara conului îngust, a cărui axă coincide cu axa perpendiculară a rețelei de antene și în care se produce interferențe cu amplificarea amplitudinii undei rezultate, semnalele reflectate de la obiecte sunt de intensitate scăzută și nu pot fi detectate. Principiile fizice care stau la baza formării modelelor de interferență fac posibilă determinarea lățimii acestui con. Este direct proporțională cu lungimea de undă de funcționare a radiației și invers proporțională cu dimensiunea rețelei de antene. Dacă fiecare element al rețelei de antene emite semnale în fază cu celelalte, atunci fasciculul radar se propagă într-o direcție strict perpendiculară pe planul rețelei.

Acum să presupunem că semnalele fiecărui element radiant sunt întârziate cu un timp care crește uniform de la element la element de-a lungul planului matricei. În acest caz, semnalul emis de fiecare element va rămâne în urma semnalului elementului vecin cu o parte a lungimii de undă. Ca rezultat, toate semnalele vor fi defazate unul față de celălalt. Acum, zona în care semnalele individuale coincid în fază și, atunci când sunt adăugate, oferă un semnal cu amplitudinea totală, cu care este posibilă detectarea țintelor, nu este situată de-a lungul axei perpendiculare a matricei, ci este deplasată în direcția de creştere a întârzierii semnalului. Unghiul de deviere al fasciculului depinde de defazarea semnalelor emise elemente învecinate matrice de antene, dimensiunea acesteia din urmă și lungimea de undă. Și în acest caz, fasciculul ia forma unui con îngust, înconjurat de zone de interferență debilitante. Astfel, fasciculul radar este deviat fără a schimba poziția antenei.

Când semnalul reflectat revine de la o țintă care se află în această nouă direcție, determinată de defazarea progresivă, circuitul asigură întârzierea semnal transmis, introduce noua serieîntârzieri ale semnalelor individuale care ajung la fiecare dintre elementele radiante. Deoarece partea frontală a undei care revine ajunge la matricea antenei la un unghi față de planul său, elementele antenei care au emis semnalul ultimele (sunt cele mai apropiate de țintă) primesc primul impulsul reflectat. Prin urmare, aceeași serie de întârzieri, datorită cărora se creează o directivitate dată de radiație, asigură că toate componentele semnalului reflectat ajung la dispozitivul de recepție într-o singură fază, ceea ce face posibilă procesarea lor pentru a obține informații despre țintă.

Controlul întârzierii de fază face posibilă devierea fasciculului unei rețele de antene de tip convențional la un unghi de până la 60 ° față de axa perpendiculară, ceea ce oferă un câmp vizual de 120 ° în azimut, adică menținând staționarea antenei, radarul. cercetează a treia parte a liniei orizontului circular, iar dacă planul rețeaua are o pantă suficientă, atunci de la orizont până la zenit și mult dincolo de acesta. Deoarece controlul fasciculului nu este asociat cu nicio reglare mecanică, mișcarea fasciculului în întregul câmp vizual durează doar câteva microsecunde. Folosind un computer pentru a calcula schimbările de fază necesare pentru a devia fasciculul la unghiul dorit și pentru a controla circuitul de întârziere a semnalului, un radar cu matrice de fază, cum ar fi COBRA DANE, poate urmări simultan câteva sute de ținte.

Un dispozitiv electronic care asigură controlul fasciculului radar și creează întârzierea necesară a semnalului cu microunde atunci când este aplicat fiecărui element al matricei de antene este numit defazător. Este format din bucăți de cablu sau ghid de undă de dimensiuni foarte precise. O creștere a lungimii cablului, prin care semnalul de la generator sau amplificator este alimentat la elementul radiant, duce la o întârziere a timpului de tranzit al semnalului. În practică, este imposibil să se schimbe fără probleme lungimea tuturor cablurilor, prin care semnalele sunt transmise elementelor radiante ale unei rețele de antene fază, asigurând o schimbare continuă a întârzierilor de fază. Prin urmare, schimbarea de fază se realizează în salturi. Fiecare element al matricei de antene este conectat la mai multe cabluri de diferite lungimi. Pentru a obține schimbări de fază care asigură o deviere a fasciculului dat, fiecare circuit include o anumită combinație cabluri.

Radarul COBRA DANE folosit în scopuri de recunoaștere, de exemplu, folosește schimbători de fază cu trei elemente. Fiecare astfel de dispozitiv are trei linii de bandă de diferite lungimi, un fel de ghiduri de undă, care asigură transmiterea frecvențelor de microunde de-a lungul unei benzi înguste de cupru situată între două plăci de cupru împământate. Una dintre liniile de bandă mărește lungimea căii semnalului cu o cantitate egală cu jumătate din lungimea de undă, aproximativ 15 cm, deoarece frecventa de operare stația radar COBRA DANE este de aproximativ 1 GHz. Aceasta asigură o defazare de 180° a semnalului în raport cu semnalul neîntârziat. O altă linie de bandă oferă o întârziere a semnalului de un sfert de lungime de undă, de ex. asigură o schimbare de fază de 90°. Lungimea celei de-a treia linii de bandă este de așa natură încât creează o întârziere egală cu o optime a lungimii de undă, care corespunde unei schimbări de fază de 45°. În diferite combinații, aceste trei linii de bandă pot schimba faza semnalului cu orice multiplu de 45 de grade, de la 0 la 315°.

O schimbare de treaptă a întârzierii de fază ar trebui probabil să ducă la apariția unor zone moarte. Cum, atunci, folosind opt decalaje diferite de fază la intervale de 45°, se poate mișca continuu un fascicul radar? Răspunsul la această întrebare constă în proprietățile tiparelor de interferență. Ori de câte ori diferența de fază dintre semnalele emise din părțile opuse ale rețelei de antene atinge 360°, sau o lungime de undă, regiunea de interferență în care se formează fasciculul cu amplitudinea totală se va deplasa în spațiu cu o distanță aproximativ egală cu propria lățime. Prin urmare, pentru a deplasa un fascicul perpendicular pe planul rețelei de antene (are o astfel de direcție când toate semnalele sunt radiate în fază) într-o poziție adiacentă fără formarea unei zone moarte între aceste două poziții, schimbarea totală de fază de-a lungul planului matricei de antene trebuie să fie de aproximativ 360 °.

Nu contează dacă schimbările de fază de-a lungul planului grătarului cresc continuu sau treptat (până la 45°). O schimbare în trepte a schimbărilor de fază duce doar la o scădere ușoară a puterii de radiație și la o anumită pierdere a sensibilității sistemului de antenă. Pentru a asigura o mișcare mai lină a fasciculului unei rețele de antene cu defazatoare cu trei elemente, puteți seta o defazare totală mai mică, de exemplu, 180°, de exemplu. de patru ori la 45°.

Dacă fasciculul urmează să fie deviat de la direcția perpendiculară cu mai mult decât lățimea sa, schimbarea totală de fază de-a lungul planului rețelei de antene trebuie să depășească 360°. Datorită naturii periodice oscilații electromagnetice defazarea cu un multiplu de lungimi de undă este echivalentă cu 360°. Pentru o schimbare totală de fază de peste 360°, creșterea liniară a întârzierii de fază de la zero la 360° trebuie repetată de mai multe ori pe întregul plan al rețelei de antene. Prima serie de întârzieri oferă o defazare totală de o lungime de undă, a doua serie o mărește la două lungimi de undă și așa mai departe. Grafic, modificarea întârzierii de fază de-a lungul planului rețelei de antene este reprezentată ca dinți de ferăstrău: cu cât teșiturile lor sunt mai abrupte și cu cât numărul lor este mai mare, cu atât fasciculul este deviat mai ascuțit.

Din reguli geometrice simple rezultă că odată cu creșterea abaterii fasciculului de la direcția perpendiculară zona eficienta antena este redusă. Ca rezultat, sensibilitatea rețelei de antenă fază la semnalele reflectate de la țintă scade rapid la unghiurile de abatere ale fasciculului față de axa perpendiculară cu mai mult de 60°. Prin urmare, o antenă cu o singură matrice fază nu poate oferi aceeași vizibilitate în toate direcțiile ca antenele rotite mecanic. Una dintre soluțiile la această problemă este utilizarea mai multor rețele de antene cu avioanele lor transformate laturi diferite. O altă modalitate de a extinde câmpul vizual al unei rețele de antene în fază este să o plasați într-un plan orizontal sub o lentilă bombată care reflectă radiația și, datorită acestui fapt, unghiul de deviere al fasciculului radar crește. Când matricea de antene formează un fascicul la un unghi de 60° față de zenit, utilizarea unei lentile poate oferi o abatere și mai mare a acestuia, de până la 90° față de zenit, adică. spre orizont. Astfel, obiectivul vă permite să vizualizați întreaga emisferă a spațiului aerian folosind o matrice de antene. Lentila poate fi realizată dintr-o ceramică specială sau un plastic care reflectă radiația cu microunde. De asemenea, poate acționa ca defazatoare a doua etapă pentru a întârzia și mai mult faza semnalului emis de matricea de antene.

Când controlul de fază este utilizat pentru a trimite un impuls scurt la un unghi mare pe axa perpendiculară a matricei de antene, pulsul radiat va fi inevitabil distorsionat - întins în timp și spațiu. Să presupunem că antena emite un impuls cu o durată de 5 sec. Dacă radiația unei stații radar este îndreptată strict perpendicular pe planul rețelei de antene, atunci pulsul are o secțiune longitudinală dreptunghiulară în spațiu; lățimea sa este egală cu lățimea rețelei de antene, iar lungimea sa este egală cu distanța pe care o parcurge o undă electromagnetică în 5 ns, i.e. 1,5 m. Dacă, pe de altă parte, din cauza defazajului, fasciculul se abate semnificativ de la axa perpendiculară, atunci secțiunea longitudinală a pulsului va avea forma unui paralelogram. În raport cu ținta, lungimea impulsului va fi mai mare de 1,5 m, deoarece semnalele emise de elementele individuale ale rețelei de antene nu ajung la țintă simultan, ci secvențial. Impulsul reflectat care revine la matricea de antene va fi, de asemenea, întins.

Impulsuri mult mai lungi, cum ar fi 1000 ns, sunt de obicei folosite pentru a detecta și urmări ținte, iar distorsiunea în câteva nanosecunde este de mică valoare. Întinderea pulsului, la rândul său, are un efect redus asupra capacității stației radar de a determina locația și viteza țintei din natura semnalului reflectat. Pentru observarea separată a țintelor care se deplasează în formație apropiată, totuși, este necesar să se emită impulsuri scurte. De asemenea, sunt necesare pentru a determina dimensiunea țintei din semnalele reflectate de pe suprafețele sale din față și din spate. Dacă pulsul scurt transmis este întins, atunci semnalele reflectate nu mai ajung separat, ci se îmbină, ceea ce face dificilă obținerea informațiilor necesare.

Metodă, ca asta, care este folosit pentru a controla fasciculul prin deplasarea fazelor semnalelor, ajută și în acest caz; vă permite să salvați forma pulsului. Pentru a asigura defazajul necesar, este necesar să se întârzie semnalele doar pentru un timp corespunzător unor părți ale lungimii de undă. Întârzierile necesare pentru a evita întinderea pulsului sunt echivalente cu un număr întreg de lungimi de undă. În acest caz, radiația semnalelor de către elementele individuale ale rețelei de antene se efectuează secvențial, iar plumbul în radiația fiecărui semnal față de următorul este proporțional cu distanța pe care trebuie să o parcurgă semnalul până la țintă. Rezultatul este același efect ca și cum matricea de antene s-ar fi rotit, menținând ținta în direcția axei perpendiculare. Această tehnică este cunoscută sub numele de direcția fasciculului cu întârzieri de timp. Similar cu metoda care utilizează întârzieri de fază crescătoare, face posibilă trimiterea direcție dată un semnal de radiație coerentă și deci puternică.

Întârzierile atât de mari, echivalente cu o distanță de câțiva metri pe care o parcurge semnalul, necesită includerea unor segmente de cablu de lungime corespunzătoare în calea semnalului de la generator sau amplificator la elementul radiant. O antenă mare în faze poate include multe mii de elemente radiante, iar dacă fiecare ar avea propriul circuit de întârziere, atunci instalarea radarului ar fi extrem de complexă și costisitoare. Prin urmare, proiectanții stațiilor radar caută să găsească o soluție de compromis care să atingă simultan forma dorită a impulsului, chiar și la unghiuri mari de abatere a direcției radiației de la axa perpendiculară a matricei de antene și simplitatea structurală. Ca rezultat, în radarele moderne cu rețele de antene în faze, controlul fasciculului se realizează atât folosind defazarea, cât și întârzierile de timp.

În radarul COBRA DANE, de exemplu, fiecare dintre cele 15.360 de elemente radiante este asociat cu un defazator separat cu trei elemente, astfel încât fiecare semnal este defazat separat. În modul de detectare a țintei, stația radar emite impulsuri cu o durată de 1000 ns, iar fasciculul este controlat doar prin introducerea întârzierilor de fază. Deoarece scopul stației radar este de a urmări rachetele balistice, aceasta trebuie să furnizeze informații despre dimensiunea acestora după detectare. În acest scop, matricea de antene este împărțită în 96 de secțiuni, fiecare dintre acestea incluzând 160 de elemente radiante. După ce ținta este detectată, stația începe să emită impulsuri de foarte scurtă durată, iar semnalele furnizate fiecărei secțiuni a rețelei de antene trec mai întâi prin circuitul de întârziere. Aceste circuite sunt similare cu defazatoarele, dar mult mai mari. Ele constau dintr-un set de cabluri coaxiale de diferite lungimi, iar orice combinație a acestora poate fi inclusă în circuit pentru a crea întârzieri de timp corespunzătoare trecerii unui semnal de la una la 64 de lungimi de undă, sau aproximativ 19,2 m, deoarece frecvența de operare a radarul COBRA DANE este de aproximativ 1 GHz.

Deoarece dimensiunea transversală a secțiunilor individuale ale rețelei de antene este de aproximativ 2,7 m, ceea ce este mic în comparație cu diametrul său de 29 m, distorsiunile care apar în fiecare secțiune a rețelei la unghiuri mari de abatere a fasciculului față de axa perpendiculară sunt acceptabile. limite. Fiecare secțiune a rețelei de antene emite un semnal care ocupă un volum în spațiu, a cărui secțiune longitudinală are forma unui paralelogram. Din cauza întârzierilor de timp, aceste semnale sunt însumate astfel încât distorsiunile semnalelor individuale să nu se adună. Ca urmare, forma pulsului este păstrată destul de bine, și doar 96, și nu 15.360 de dispozitive sunt folosite pentru a furniza întârzieri de timp ale semnalelor.În ceea ce privește consumul de materiale, asigurarea controlului fasciculului stației radar COBRA DANE prin introducerea întârzierilor necesare. utilizarea suplimentară a cablurilor cu o lungime totală puțin mai mare de 1500 m. Dacă împărțirea matricei de antene în secțiuni separate, atunci ar fi nevoie de încă 165 km de cablu.

Înlocuirea unei antene mobile cu un set de elemente radiante fixe, pe lângă posibilitatea de direcție electronică a fasciculului, poate oferi și alte avantaje. Unul dintre aceste avantaje este acela de a oferi o fiabilitate ridicată în funcționare. Funcționarea unei rețele fixe de antene este independentă de starea componentelor mecanice care pot fi purtate, cum ar fi rulmenții și motoarele. În plus, majoritatea radarelor controlate mecanic folosesc unul sau mai multe tuburi cu vid foarte mari pentru a amplifica semnalele cu microunde.

Un exemplu este radarul Marconi Martello, fabricat în Marea Britanie și destinat utilizării în sistemul de apărare aeriană. Elementul principal al circuitului din această stație este un tub de vid cu o putere de ieșire de aproximativ 3 MW. Dacă eșuează, întregul sistem eșuează. Adevărat, în astfel de stații radar destinate funcționării în sisteme de recunoaștere și apărare aeriană, este întotdeauna oferită posibilitatea de a trece rapid la surse auxiliare de energie cu microunde.

În schimb, în ​​stația radar COBRA DANE, energia radiată este generată de 96 de lămpi, fiecare cu o putere de 160 kW. Semnalul de ieșire de la fiecare lampă este transmis către un divizor și apoi către 160 de elemente radiante care formează o secțiune a matricei de antene. Defectarea unei lămpi în acest caz duce la defecțiunea doar a uneia dintre cele 96 de părți ale rețelei de antene, iar stația radar în ansamblu rămâne operațională, deși calitatea muncii sale se deteriorează oarecum. În plus, lămpile mai mici sunt mai ușor de înlocuit în cazul unei defecțiuni decât lampa unică mare utilizată în radarul Martello.

Radarele cu rețea în fază solidă au un nivel și mai mare de fiabilitate și ușurință de operare. Circuitele tranzistoare ale generatoarelor și amplificatoarelor sunt utilizate, de exemplu, în stațiile radar cu numele de cod PAVE PAWS, concepute pentru a detecta rachete balistice lansate de pe nave și submarine (astfel de stații au fost deja instalate pe Cape Cod și California, iar plasarea lor este planificată în statele Georgia și Texas). LA module individuale au fost montate patru tranzistoare de 100 W conectate în paralel. Fiecare modul asigură excitarea unui element radiant. Astfel, semnalele alimentate către fiecare dintre cele două suprafețe ale antenei duale sunt amplificate simultan de 1792 de module din șirul de elemente de antenă, mai degrabă decât de 96 de tuburi, astfel încât defecțiunea unui element afectează performanța stației radar în ansamblu. chiar mai puțin. În plus, timpul mediu dintre două defecțiuni pentru un singur modul semiconductor este semnificativ mai lung decât pentru lampa utilizată în stația radar COBRA DANE. În primul caz, această cifră este de 100.000 de ore, în al doilea - 20.000 de ore.În cazul unei defecțiuni a modulelor care au 30 cm lungime și funcționează de la o sursă de tensiune de 28 V, este mult mai ușor să le înlocuiți decât lămpile. în stația radar COBRA DANE, care au lungimea de 1,5 m și funcționează sub tensiune de 40.000 V.

În radarul PAVE PAWS, ca și în multe altele construite pe elemente semiconductoare, semnalele sunt amplificate după ce sunt distribuite peste elementele antenei și deplasate în fază. Prin urmare, pierderile de putere care apar în timpul trecerii semnal amplificat prin circuitele divizor și defazatoare sunt excluse. Cu toate acestea, alături de acest câștig de eficiență și de toate celelalte avantaje, tehnologia semiconductoarelor are și un dezavantaj. În general, furnizează puteri de vârf mai mici decât pot fi obținute cu tuburile cu vid.

Limitări asociate cu posibilitatea de a obține semnale în radare bazate pe elemente semiconductoare de mare putere, a crescut importanța așa-numitei metode de codare și compresie a impulsurilor, cu ajutorul căreia este posibilă simularea impulsurilor scurte de mare putere atunci când se emit semnale mai puțin puternice și mai lungi. Această tehnică nu își pierde importanța în cazul utilizării stațiilor radar puternice tuburi electronice atât cu antene controlate mecanic, cât și cu rețele de antene în fază, atunci când este necesară obținerea anumitor informații despre obiecte îndepărtate.

Raza la care o stație radar cu o anumită sensibilitate a căii de recepție poate detecta obiecte de o anumită dimensiune și cu o anumită reflectivitate depinde de energia totală a impulsului. Cu cât pulsul este mai scurt, cu atât puterea maximă de radiație ar trebui să fie mai mare la un interval dat. Radarul COBRA DANE poate detecta obiecte metalice de marimea unui grapefruit la o distanta de aproximativ 2000 km. Pentru a face acest lucru, cu o durată a impulsului de 5 ns, puterea de radiație de vârf trebuie să fie de cel puțin 3 1012 W, ceea ce este mai mult decât suficient pentru a distruge toate circuitele radar.

Cu toate acestea, este posibil să se determine dimensiunea unui obiect sau să se observe separat un număr de obiecte care zboară la o distanță apropiată unul de celălalt numai cu ajutorul impulsurilor de scurtă durată. Faptul că raza de acțiune a stației radar este determinată nu de puterea de vârf, ci de energia totală a impulsului, ajută la găsirea unei soluții. Constă în următoarele. Când radarul este în modul de transmisie, pulsul transmis este întins și puterea de vârf este redusă în consecință. Această tehnică se numește codificare a impulsurilor. În modul de recepție, semnalul reflectat este comprimat pentru a extrage din acesta toate informațiile care ar putea fi obținute prin transmiterea unui impuls cu adevărat scurt. În radarul COBRA DANE, de exemplu, un impuls de 5 ns este întins de 200.000 de ori înainte de a fi amplificat și emis, iar durata lui devine 1 ms. Puterea de vârf necesară este redusă cu același factor - de la 3 1012 W la 15 MW, puterea reală de emisie a COBRA DANE.

Cu o tehnică convențională de codare, un impuls de 5 ns, care include un spectru de frecvență, trece printr-o linie de întârziere de dispersie, ceea ce provoacă diferite întârzieri în componentele individuale ale acestui spectru: cu cât frecvența componentei este mai mare, cu atât întârzierea este mai mare; componenta semnalului cu cea mai joasă frecvență este radiată fără întârziere, în timp ce componenta cu cea mai mare frecvență frecventa inalta primește o întârziere maximă de 1 ms. După aceea, pulsul, care are deja o durată de 1 ms, este amplificat și emis; semnalul reflectat recepţionat are aceeaşi durată.

Semnalul primit este trecut printr-un lanț de compresie, care introduce o serie de întârzieri suplimentare. De data aceasta, lungimea întârzierilor este invers legată de frecvență. Componenta de cea mai joasă frecvență a spectrului de impuls primește o întârziere de 1 ms, iar componenta de cea mai înaltă frecvență nu primește nicio întârziere. Astfel, în procesul de efectuare a operațiunii de codificare și comprimare a impulsului, fiecare dintre componentele spectrului de semnal primește aceeași întârziere totală. Ca urmare, semnalul reflectat este nedistorsionat, având o durată de 5 ns.

Dacă un impuls emis cu o durată de 1 ms, care în spațiu are o lungime egală cu 300 km, întâlnește un obiect mult mai scurt decât acesta în timpul propagării, atunci pulsul revine înapoi sub forma a două semnale reflectate suprapuse. În modul obișnuit astfel de semnale reflectate nu pot fi separate și este imposibil să se determine dimensiunea obiectului din poziția lor relativă. Cu toate acestea, atunci când ecourile codificate, suprapuse sunt comprimate, ieșirea este de două semnal diferit cu durata de 5 ns.

Codificarea și compresia impulsurilor îndeplinesc același rol în stațiile radar construite pe elemente semiconductoare. Chiar și atunci când nu este necesară determinarea dimensiunii obiectului de la care este reflectat semnalul, determinarea cu precizie a distanței până la obiect necesită utilizarea unor impulsuri destul de scurte. Dacă nu se utilizează compresia, atunci folosind impulsuri cu o durată de 1 ms, este posibil să se determine distanța până la obiect cu o precizie de numai 150 km. În plus, atunci când se emit impulsuri lungi, afectează efectul interferenței locale datorate reflexiei de la precipitații și de la sol. În același timp, tehnologia semiconductoarelor nu poate oferi astfel de puteri, care sunt necesare atunci când funcționează cu impulsuri scurte, astfel încât raza de acțiune a radarului să fie aceeași ca și atunci când emit impulsuri lungi. Prin urmare, pentru a obține o rază lungă de acțiune și o rezoluție mare la putere de radiație scăzută, este necesar să se folosească codarea și compresia impulsurilor în radarele bazate pe elemente semiconductoare.

Primele stații radar cu rețele de antene în faze, care au început să fie utilizate în anii 60-70, au fost destinate în scopuri militare și de informații. Sunt împrejurări în care sectoarele civile ale economiei dictează nevoile care stimulează dezvoltarea echipamentelor militare. În special, aviația civilă trebuie să obțină date despre obiectele care se mișcă rapid în zona aerodromului, unde aeronavele care sosesc își aliniază cursul pentru apropierea de aterizare. Stațiile radar care controlează apropierea aeronavelor de pistă le direcționează către aterizare, monitorizând în același timp raza de acțiune a aeronavei și poziția lor față de pistă. Intensitatea tot mai mare a traficului aerian creează o nevoie din ce în ce mai mare de a echipa aviația civilă cu radare în faze.

Odată cu scăderea numărului de elemente radiante, costul unei antene cu matrice fază scade. În majoritatea aplicațiilor tehnologiei radar sisteme de antene ar trebui să aibă un număr mare de elemente radiante. O matrice mică de antene are un fascicul mai puțin focalizat și, prin urmare, mai larg. Acest lucru îi reduce rezoluția în coordonate unghiulare, iar o zonă mică nu poate oferi o sensibilitate ridicată la semnalele reflectate. Atunci când nu este necesară vizualizarea unei suprafețe mari de spațiu aerian, ambele dezavantaje ale unei rețele mici de antene pot fi depășite prin combinarea acesteia cu un reflector mare.

Câmpul vizual al radarului de control al apropierii aeronavei nu trebuie să fie mare. De obicei, o astfel de stație radar trebuie să scaneze spațiul cu aproximativ 10 ° în azimut și de la 7 la 14 ° în altitudine. Prin urmare, în aceste scopuri, puteți utiliza un sistem hibrid format dintr-o matrice de antene în fază și un reflector tradițional. Unul dintre modelele radar folosește o rețea de antene cu 443 de elemente radiante, care funcționează împreună cu un reflector care măsoară 3,96x4,57 m. Rețeaua este situată în apropierea focarului reflectorului, care reflectă fasciculul la orice unghi de radiație al radiației. matrice de antene. În acest caz, reflectorul acționează ca o lentilă, concentrând fasciculul și reducându-i împrăștierea laterală. Razele reflectate devin mai înguste și se potrivesc într-un unghi mai îngust în spațiu. Ca rezultat, capacitatea matricei de a rezolva două ținte într-un unghi mic și de a determina orientarea exactă a unei singure ținte este îmbunătățită. Reflectorul crește, de asemenea, sensibilitatea la semnalul reflectat. În viitor, noile realizări în domeniul circuitelor își vor găsi aplicație în radar. Utilizare în tehnologia radar element de bază, similar cu circuitele integrate digitale utilizate în informatică, va reduce semnificativ numărul și dimensiunea componentelor necesare pentru a genera, primi și procesa semnale. Elemente noi pe cristalele de arseniură de galiu, cunoscute sub numele de cuptor cu microunde monolitic circuite integrate, combina defazatoare, întrerupătoare și amplificatoare cu tranzistori. Modulul transceiver, care conține toate circuitele necesare pentru a crea un element radiant al unei rețele de antene în faze, poate fi acum complet asamblat pe doar 11 astfel de microcircuite. Între timp, sunt necesare sute de piese pentru a construi module transceiver bazate pe elemente semiconductoare.

Dezvoltarea electronicii în timp va permite

COMPLEX RADAR CU AFAR PAK FA

SISTEM RADAR CU AESA PAK FA

04.03.2014


Unul dintre elemente cheie pentru un complex promițător de aviație cu rază lungă de acțiune (PAK DA) - un sistem radar - este deja dezvoltat în Rusia, a declarat Yuri Bely, directorul general al Institutului de Cercetare de Inginerie Instrumental V.V. Tikhomirov, într-un interviu acordat RIA Novosti.
Anterior, Ministerul Industriei și Comerțului a anunțat încheierea unui contract cu Ministerul Apărării privind începerea finanțării proiectului de creare a PAK DA. Este planificat ca această aeronavă să fie inclusă în programul de armare de stat pentru 2016-2025.
„Dacă vă referiți la un sistem radar prin element, atunci în momentul de față doar luăm în considerare această propunere”, a spus Bely, răspunzând la o întrebare a RIA Novosti despre participarea la proiectul de dezvoltare PAK DA. „Am finalizat proiectul preliminar, l-am predat companiei Tupolev, l-am apărat,<..>aşteptăm aprobarea şi TOR definitiv”, a explicat directorul NIIP.