Лекция № 16 Антенны радиооборудования

Особенности устройства бортовых антенн связаны с принципом действия обслуживаемой ими радиоаппаратуры и с условиями их работы в конструкции ракеты. К антеннам, устанавливаемым на ракете, предъявляются требования радиотехнического, механического и температурного характера.

Антенны должны иметь минимально возможное лобовое сопротивление, что связано с высокими скоростями полета в плотных слоях атмосферы. Это достигается приданием наружным выступающим частям антенн аэродинамических форм, а также минимальной высотой выступания этих поверхностей над конструкцией ракеты.

Как и все бортовое оборудование ракеты, антенны должны иметь минимальную массу и габариты. При этом необходимо учитывать, что установка антенн, особенно не выступающего типа, проводится обычно в вырезе обшивки ракеты, что уменьшает прочность обшивки и требует упрочнения в месте выреза и увеличения ее массы. Применяют облегченные конструкции и материалы.

Антенны выдерживают статические и динамические нагрузки и поэтому должны обладать соответствующей прочностью. Механические требования реализуются применением в конструкции высокопрочных материалов и диэлектриков. Собственные частоты конструкции антенн не должны попадать в диапазон динамических нагрузок ракеты, чтобы не было явления резонанса.

Антенны работают в широком диапазоне температур (минус 50…плюс 60°С). Надежность работы антенн в этих условиях обеспечивается применением жаростойких материалов или термостойких покрытий. Необходимо учитывать, что при отрицательных температурах многие материалы становятся хрупкими или недопустимо меняют свои диэлектрические свойства. При значительном перепаде температур может произойти изменение размеров антенн и электрических характеристик элементов их настройки (C, L, длинных отрезков волноводов), что может привести к изменению параметров системы. В этом случае необходимо применять в конструкции материалы с малым коэффициентом линейного расширения, либо использовать компенсационные методы для настройки и согласования антенн (элементы, имеющие температурные коэффициенты разных знаков).

Помимо кинетического нагрева на ракете имеется еще один мощный источник для бортовых помех. Это – двигатель. Выбрасываемый из его сопла факел представляет собой струю ионизированного газа, оказывающий влияние на работу антенн. Для нейтрализации этого действия выбор места расположения и числа антенн осуществляется таким образом, чтобы на всех участках траектории полета осуществлялась связь с командным пунктом.

Диапазон высот применения ЗУР от нескольких метров до 25-40км. Связанное с этим резкое изменение плотности воздуха, может привести к электрическому пробою в антеннах. Требования электрической прочности ограничивает пределы желательного уменьшения размеров антенн.

Также необходимо стремиться к тому, чтобы длина питающих фидеров и волноводов была минимальной. Для этого антенны должны располагаться ближе к соответствующим приемникам или передатчикам.

На современных ЗУР наиболее широкое применение находят антенны зеркального, вибрационного, шлейфового или щелевого типов (см. рисунок 16.1).

Зеркальные антенны применяются преимущественно в составе координаторов цели.

Антенны вибрационного типа широко применяются в диапазоне м, дм, см – волн. Наилучшие параметры в смысле согласования с подводящими фидерами или волноводами можно получить при длине вибратора близко к 1/4 длине волны.

В диапазоне дм, см – волн на ракетах с успехом используют антенны шлейфового типа. По сравнению с вибраторными они могут исполняться как маловыступающие или невыступающие антенны. Для придания шлейфовой антенне рациональной аэродинамической формы, ее, как правило, исполняют под радиообтекателем, выполненным из радиопрозрачного материала, либо заглубляют заподлицо с обшивкой и также закрывают радиопрозрачной крышкой. Для создания круговой диаграммы направленности необходимо расположить симметрично несколько (2,4,8 и т.д.) антенн. Выбирают наименьшее число антенн, обеспечивающее диаграмму направленности.

Щелевые антенны являются одними из антенн, работающих в см, мм – волнах. Место установки и число антенн зависит от требуемой диаграммы направленности. Щелевые антенны устанавливают заподлицо с обшивкой, что не увеличивает лобового сопротивления. Для сохранения внешней формы щель антенн закрывается радиопрозрачной крышкой. Покрытие крышки термостойкой обмазкой нецелесообразно, так как это заметно ослабляет интенсивность излучаемой волны.

В последнее время в связи с внедрением в практику радиотехники ФАР появилась конструктивная и технологическая возможность перейти на применение антенн этого типа. Антенны с ФАР отличаются малыми габаритами, массой и, что особенно важно малой толщиной антенных панелей, что позволяет располагать их на любой части ракеты как антенны невыступающего типа. Антенны, построенные по принципу ФАР, могут использоваться в качестве антенн радиооборудования практически любого назначения.