Антенно-мачтовое оборудование

Антенно-мачтовое оборудование


Одним из основных элементов радара является его антенная система, ответственная за коэффициенты усиления, пространственную селекцию направлений и уровень фонового шума.
Традиционная антенная система радара представляет из себя фазированную антенную решетку (ФАР) размеров порядка 230x100 метров из 20 логопериодических антенн с высотой подвеса 15-18 метров (16 на прием-передачу, 4 на прием, выстроенных в два эшелона), и системы фазирования, обеспечивающей 16 фиксированных положений основного лепестка диаграммы направленности с сектором обзора порядка 56 градусов. Схема размещения радара приведена на рисунке

Два раздельных приемника проводят анализ антенн первого и второго эшелонов, позволяя по совокупности сигналов определять угол места принимаемого сигнала. Азимут прихода принятого сигнала определяется установками системы фазирования антенн первого эшелона. Поскольку угол места в основном используется для разделения мод сигнала (например, сигналов от E-слоя ионосферы), для большинства измерений угломестная информация не является необходимой, поэтому в минимальной конфигурации радару достаточно только первого эшелона. Поэтому, первая очередь радара, достаточная для начала работы, представляет из себя только 16 приемопередающих антенн первого эшелона. Для уменьшения объемов земляных работ, в случае неровной почвы приводится выравнивание уровня установки оснований антенн - в случае слишком высокого уровня земли относительно нулевой отметки производится заглубление основания, в случае слишком низкого уровня земли - локальная подсыпка уровня почвы или установка на временные бетонные блоки. Схема первой очереди радара на неровной поверхности приведена ниже:

Аналогичный подход использовался при установке радара SuperDARN на Фольклендских островах.

При высоте подвеса антенн 15 метров, необходимо несколько уровней оттяжек для мачт. Поскольку установка мачт должна была обеспечивать высокую скорость развертывания/свертывания радара в случае непредвиденных проблем с проведением испытаний на электромагнитную совместимость, были выбраны легкие антенны DLP-11 (производства Titanex Gmbh) и облегченные мачты отечественного производства без проведения фундаментных работ.
В этом случае, схема крепления мачтовых оттяжек имеет существенную роль, и была выбрана в виде треугольника, обеспечивающего хорошую устойчивость системы:

Обычно за рубежом крепление мачт проводят на кевларовые тросы. В нашем случае, крепление проводилось на стальные тросы, которые, для уменьшения их электромагнитного влияния на диаграмму направленности, были рассечены изоляторами на отрезки длиной не более четверти минимальной длины волны работы радара (порядка 2 метров):

В качестве антенн первого радара были выбраны радиолюбительские антенны DLP-11 германского производства. В основу выбора были положены:

  • Приемлемая цена - менее 2 тыс долларов за каждую;
  • Малый вес;
  • Приемлемые частотные характеристики;
  • Отлаженность производства данного вида антенн.

Продукция российских производителей не стала объектом выбора из-за несоответствия предъявляемым требованиям (в частности, разработка подобной системы у одного из отечественных производителей обошлась бы в 180 млн. руб, что более чем на порядок превышает стоимость приемо-передающей аппаратуры).

К недостаткам антенн DLP-11 можно отнести:

  • сложность их сборки и настройки;
  • малая жесткость системы и связанные с ней вариации параметров антенны с временем и ветровой обстановкой;
  • неопределенный срок службы;
  • плохой КСВ на низких частотах (ниже 9 МГц).

Несмотря на указанные недостатки, для создания макета радара подобные антенны оказались пригодны.

Основным требованием к антенной системе является точная фазировка антенн, обеспечивающаяся их идентичными размерами, идентичной зависимостью коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты и идентичными длинами кабелей до приемо-передающей аппаратуры. Коэффициент стоячей волны в рабочем диапазоне не должен превышать 2.5:1, в этом случае антенны будут согласованы с передатчиками, и передатчики будут работать в режиме максимально возможной мощности. Промеры КСВ всех антенн после их сборки, установки и настройки приведены на следующем рисунке:

Из схемы видно, что антенны являются практически идентичными, и работоспособны в диапазоне 9-20МГц, за исключением узкой области вблизи 13 МГц.

Расчетная диаграмма направленности фазированной антенной решетки для центрального положения лепестка приведена на рисунке:

Следует заметить, что одним из основных требований при монтаже антенной решетки является идентичность кабелей до всех антенн по длине с точностью до метра (в рабочем диапазоне частот 8-20МГц). На рисунке изображены модельные расчеты изменений диаграммы направленности фазированной антенной решетки радара при случайном изменении длины кабелей до каждой антенны в пределах 3 метров на частоте 13 МГц:

Процесс установки антенно-мачтовой системы приведен в фотоальбоме.