ДВУХДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ВТОРИЧНОГО РАДИОЛОКАТОРА

Нолезная модель относится к области радиотехники, в частности к антеннам, и может быть использована во вторичных радиолокаторах для систем управления воздушным движением.
Известна двухдиапазонная антенна вторичного радиолокатора Корень-0 Н.С.Давыдов,А.А.Оосновский,И.А.Хаймович. Авиационная радиолокация (Справочник).- М.:Транспорт,1984 1, представляющая собой линейную решетку из совмещенных рупорных излучателей в горизонтальной плоскости. Каждый рупорный излучатель имеет два взаимно перпендикулярных возбудителя, что позволяет получить горизонтальную поляризацию излучаемых и принимаемых волн в первом диапазоне частот (740 МГц) и вертикальную поляризацию во втором диапазоне частот (1030-1090 МГц). Для запитки излучателей имеются два распределителя мощности с двумя входами и 42 выходами каждый: распределитель мощности первого диапазона и распределитель мощности второго диапазона. Вся антенна находится в сплошном
радиопрозрачном обтекателе и имеет вертикальный размер не более 1.5Л. Это является недостатком данной антенны,так как малый вертикальный размер определяет низкую крутизну нижней кромки диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости и, как следствие , при установке на вышке - большую глубину интерференционных провалов в зоне действия вторичного радиолокатора.
Наиболее близкой по технической сушдости к предлагаемой полезной модели является двухдиапазонная антенна моноимпульсного вторичного радиолокатора  Крона ВРЛ Крона. Руководство по эксплуатации . Челябинск ,HMMT, 1993.
Известная двухдиапазонная антенна вторичного радиолокатора содержит 34 излучателя первого диапазона (горизонтальная поляризация) и 34 излучателя второго диапазона (вертикальная поляризация)., распределитель мощности первого диапазона с 3 входами и 34 выходами, соединенными с входами соотвeтcтвyюш x излучателей первого диапазона, и распределитель мошдости второго диапазона с 3 входами и 34 выходами, соединенными с входами соответствуюш}1х излучателей второго диапазона.
33 излучателя каждого диапазона размещены эквидистантно, чередуясь на несущей конструкции , и образуют две вложенные одна в другую горизонтальные антенные решетки , а 34-тые излучатели каждого диапазона размещены по центру решетки с обратной стороны и излучают энергию в противоположном направлении. Между излучателями установлен металлический экран антенны с прямоугольными отверстиями. Большой вертикальный размер излучателей (3.5Л для первого диапазона и 5А для второго диапазона ) обеспечивает достаточную крутизну
- 2 нижней кромки диаграммы направленности в вертикальной плоскости и малую глубину интерференционных провалов в зоне действия вторичного радиолокатора.
Недостатком конструкции данной двухдиапазонной антенны является её высокое аэродинамическое сопротивление из-за малой воздушной прозрачности раскрыва антенны . Отношение площади отверстий к общей площади поверхности антенны составляет примерно 25% и обусловлено следующим:
-для каждого диапазона используются отдельные излучатели со сплошным экраном,и практически 50% площади поверхности двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора занято излучателями;
-размер отверстий в экране антенны выбирается исходя из требований по прохождению энергии радиоволн сквозь экран.
В соответствии с требованиями ГОСТ 21800-89 величина энергии, проходящей через экран , должна быть не более минус 24 дБ относительно уровня энергии сигнала излучаемого (принимаемого) в направлении максимума диаграммы направленности.
Размер отверстий в экране выбран максимально большим, поэтому для обеспечения вышеуказанного требования по величине энергии, проходящей через экран , конструкция антенны имеет угловой излом в горизонтальной плоскости.Но и в этом случае площадь занимаемая металлом , составляет не менее 75% от площади поверхности антенны вторичного радиолокатора.
Целью полезной модели является уменьшение аэродинамического сопротивения двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора.
- 3 мощности и первого и второго диапазонов с двумя или тремя входами и N (N- четное число не менее 10) выходами каждый, N совмещенных излучателей , каждый из которых состоит из М горизонтальных вибраторов первого диапазона , размещенных по вертикали с щагом L , и (М-1) вертикальных вибраторов второго диапазона , размещенных с тем же щагом между горизонтальными вибраторами первого диапазона на металлическом экране , делителей мощности первого и второго диапазонов с одним входом каждый , установленных за этим экраном , и М выходов делителя мощности первого диапазона , соединены со входами горизонтальных вибраторов , а (М-1) выходов делителя мощности второго диапазона , соединены со входами вертикальных вибраторов , при этом , (N-1) совмещенных излучателей размещены эквидистантно на несущей конструкции с щагом d (0..85X) и образуют линейную антенную рещетку в горизонтальной плоскости, а N-ый совмещенный излучатель установлен с обратной стороны экрана антенны , и каждый выход распределителей мощности первого диапазона соединен сответственно со входом делителя мощности первого диапазона совмещенного излучателя , а каждый выход распределителя МОБЩОСТИ второго диапазона с входом делителя мощности второго диапазона совмещенного излучателя , экран антенны выполнен из двух рядов вертикальных и горизонтальных металлических цилиндров , размещенных между совмещенными излучателями и по краям антенны , при этом вертикальные цилиндры установленны в каждом ряду попарно между совмещенными излучателями с шагом d/3 и с расстоянием между рядами по осям вертикальных цилиндров , равным примерно одной четверти длины волны второго диапазона, причем первый ряд устанавливается таким образом , чтобы экран совмещенного
- 4 излучателя со стороны вибраторов был на одном уровне с внешней образующей вертикального цилиндра первого ряда, а два ряда горизонтальных цилиндров закреплены на поверхности вертикальных цилиндров эквидистантно с шагом L/3 и обращены на первом ряду к вибраторам , а на втором ряду - в обратном направлении , экран N-ro совмещенного излучателя выполнен аналогично из вертикальных и горизонтальных цилиндров , размещенных с двух сторон совмещенного излучателя.
На фиг. 1 приведена функциональная схема двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора,
1- распределитель мошд1ости первого диапазона;
2- распределитель мощности второго диапазона;
3- совмещенный излучатель;
4- делитель мощности первого диапазона ;
5- делитель мощности второго диапазона ;
На фиг. 2 приведена конструкция двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора с числом совмещенных излучателей , где: 3 - совмещенный излучатель;
6- горизонтальные вибраторы первого диапазона;
7- вертикальные вибраторы второго диапазона;
8- вертикальные металлические цилиндры;
9- горизонтальные металлические цилиндры;
10- несущая конструкция.
На фиг. 3 приведена конструкция экрана двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора для совмещенного излучателя с числом горизонтальных вибраторов .
- 5 локатора содержит распределители мощности 1 и 2 первого и второго диапазонов с двумя или тремя входами и N (N- четное число не менее 10) выходами каждый, N совмещенных излучателей 3, каждый из которых состоит из М горизонтальных вибраторов б первого диапазона , размещенных по вертикали с шагом L, и (М-1) вертикальных вибраторов 7 второго диапазона , размещенных с тем же шагом между горизонтальными вибратор.ами б первого диапазона на металлическом экране , делителей мощности первого 4 и второго 5 диапазонов с одним входом каждый, установленных за этим экраном , и М выходов делителя мощности первого диапазона 4 соединены со входами горизонтальных вибраторов б, а (М-1) выходов делителя мощности второго диапазона 5 соединены со входами вертикальных вибраторов 7 , при этом (N-1) совмещенных излучателей 3 размещены эквидистантно на несущей конструкции 10 с шагом d (0..85A) и образуют линейную антенную решетку в горизонтальной плоскости, а N-ый совмещенный излучатель 3 установлен с обратной стороны экрана антенны и каждый выход распределителей мощности первого диапазона 1 соединен соответственно , со входом делителя мощности первого диапазона 4 совмещенного излучателя 3 , а каждый выход распределителя мощности второго диапазона 2 с входом делителя моищости второго диапазона 5 совмещенного излучателя 3 , экран антенны, состоящий из двух рядов вертикальных 8 и горизонтальных 9 металлических цилиндров , размещенных между совмещенными излучателями 3 и по краям антенны , при этом вертикальные цилиндры 8 установленны в каждом ряду попарно между совмещенными излучателями 3 , с шагом d/3 и с расстоянием между рядами по осям вертикальных цилиндров 8 , равным примерно одной
- 6 четверти длины волны второго диапазона, причем первый ряд устанавливается таким образом , чтобы экран совмещенного излучателя 3 со стороны вибраторов б и 7 был на одном уровне с внешней образующей вертикального цилиндра 8 первого ряда, а два ряда горизонтальных цилиндров 9 закреплены на поверхности вертикальных цилиндров 8 эквидистантно с шагом L/3 и обращены на первом ряду к вибраторам 6 и 7 , а на втором ряду - в обратном направлении , экран N-ro совмещенного излучателя 3 выполнен аналогично из вертикальных 8 и горизонтальных 9 цилиндров , размещенных с двух сторон совмещенного излучателя 3.
Антенна работает следуюшлм образом.Существует два режима:
-передача сигналов запроса; -прием сигналов ответчика.
При передаче сигналов запроса сигнал от передатчика подается последовательно на два входа распределителя мощности 2 второго диапазона - вход 1 и вход 2 . Сигналы с выходов распределителя мошдости 2 второго диапазона поступают с заданным распределением амплитуд и фаз на входы делителей мощности 5 второго диапазона совмещенных излучателей 3 , с выходов которого сигналы поступают на входы вертикальных вибраторов 7 , излучаюших эти сигналы в пространство.
В Марков Г.Т.,Сазонов Д.М. Антенны М.: Энергия ,19753 показано , что при известном распределении амплитуд и фаз токов на вибраторах величина напряженности поля в точке наблюдения с угловыми координатами (Ф,8) определяется следуюшлм выражением:
- 7
M-l
Е(Ф,8) Е Bm «fexp(-jvck2(m-M/2))
(N-l)/2  (Ф,8)Е А (1,2)exp(3 2 fi d ccos8vccosф)+ (1)
(N-l)/2
- 8
+ Ак(1.2)(ф-180,8)} Ф 8 G Р А( угол в горизонтальной нлоскости между плоскостью антенны и направлением , проведенном из центра антенны на точку приема; угол в вертикальной плоскости между горизонтальной плоскостью и направлением , проведенном из центра антенны на точку приема; коэ(М)ИЦиент ; мощность сигнала на входе распределителя мощности 2 второго диапазона; 1,2) величина комплексной амплитуды сигнала на 1-ом выходе распределителя мощности 2 при подаче на вход 1 или 2 сигнала с мощностью 1 Вт.;
величина комплексной амплитуды сигнала
на т-ом выходе делителя мощности 5 совмещенного излучателя 3 при подаче на вход сигнала с мощностью 1 Вт.;
d - расстояние по горизонтали между излучателями 3; i - номер совмещенного излучателя 3 в решетке; L - расстояние между вибраторами 7 по вертикали; m - номер вибратора 7 в вертикальной решетке;
k2   постоянная распространения;
Л2 - длина волны второго диапазона;
Р2(Ф.0) диаграмма направленности отдельного вибратора 7 .
Данное выражение (1) описывает величину напряженности сигнала в точке приема при подаче сигнала на любой из входов 1 или 2 распределителя мощности 2 второго диапазона , подача мощности на один или другой вход приведет только к изменению коэффициентов AI в выражении (1).
При работе антенны на прием сигналов ответчика, величина сигналов на входах 1 , 2 , 3 антенны будут описываться аналогичными выражениями. Из приведенного выражения (1) вид- 9 но,что напряженность поля при передаче сигналов и напряжение на входе распределителя мощности 2 при приеме определяются весовыми коэффициентами и диаграммами Р2(Ф,8) отдельных вибраторов 7. Аналогичные выражения могут быть записаны и для величины сигналов на входах распределителя мощности 1 . Во всех направлениях , за исключением направления назад , заданный уровень сигнала обеспечивается подбором весовых коэффициентов. Малый уровень заднего излучения в направлении () обеспечивает экран двухдиапазонной антенны , состоящий из двух рядов вертикальных 8 и горизонтальных 9 металлических цилиндров , размещенных между совмещенными излучателями 3 и по краям антенны , при этом вертикальные цилиндры 8 установлены в каждом ряду попарно между совмещенными излучателями 3 с щагом d/3 и с расстоянием между рядами по осям вертикальных цилиндров 8 , равным примерно одной четверти длины волны второго диапазона, причем первый ряд устанавливается таким образом,чтобы экран совмещенного излучателя 3 со стороны вибраторов б и 7 был на одном уровне с внещней образующей вертикального цилиндра 8 первого ряда, а два ряда горизонтальных цилиндров 9 закреплены на поверхности вертикальных цилиндров 8 эквидистантно с щагом L/3 и обращены на первом ряду к вибраторам 6 и 7 , а на втором ряду - в обратном направлении .
Данная конструкция экрана обеспечивает снижение уровня мощности сигнала при прохождении через экран по сравнению с уровнем мощности сигнала перед экраном не менее чем:
-на минус 24 дБ для сигналов первого диапазона при соотнощении диаметра горизонтального цилиндра 9 к щагу между ними равным 0,1;
- 10 -на минус 24 дБ для сигналов второго диапазона при соотношении диаметра вертикального цилиндра 8 к шагу между ними равным 0,2.
Это определяется тем, что один слой экрана , состояш,его из вертикальных цилиндров 8 диаметром 12 мм и шагом  мм, обеспечивает снижение уровня мошлости сигнала при прохождении через экран для поля , поляризованного паралельно оси цилиндра на частоте 1090 МГц (длина волны 275 мм) , в соответствии с Г.З.Айзенберг,В.Г,Ямпольский,О.Н.Терешин Антенны УКВ Часть 2 М.: Связь, 1977,стр 158-166 , не менее чем на минус 11 дБ, а второй экран размещенный на расстоянии четверти длины волны , обеспечивает дополнительное снижение уровня мошдости на такую же величину, при зтом суммарное действие двойного экрана на снижение уровня  сигнала проходящего через экран , составляет не менее минус 22 дБ.Так как вибратор расположен над металлическим экраном излучателя на расстоянии примерно равном четверти длины волны ,то это обеспечивает дополнительное уменьшение уровня мошлости за экраном на величину не менее чем 3-4 дБ.
Для горизонтального вибратора при диаметре цилиндра 9 равном 6 мм и шаге  мм между цилиндрами 9 , длине волны равной 405 мм (частота 740 МГц) снижение уровня мошдости при прохождении через однослойный экран составляет не менее минус 13 дБ для однослойного экрана и соответственно минус 26 дБ для двухслойного экрана.
С учетом площади экрана совмещенного излучателя 3,размер которого по горизонтали определяеся высотами линий используемых в делителях мошлости 5 и 6 ( высота линии обычно не более 10 мм ) и составляет 20 мм, коэффициент заполне- 11 ния площади поверхности антенны не превышает 38%, что уменьшает аэродинамическое сопротивление двухдиапазонной антенны вторичного радиолокатора.
- 12 -