AVIACINĖS RADIOLOKACINĖS SISTEMOS

Transcript

1 VILNIAUS GEDIMINO TECHNIKOS UNIVERSITETAS Romualdas Malinauskas AVIACINĖS RADIOLOKACINĖS SISTEMOS Mokomoji knyga Vilnius 2007

2 UDK :629.7(075.8) Ma 308 Romualdas Malinauskas. AVIACINĖS RADIOLOKACINĖS SISTEMOS. Mokomoji knyga. Vilnius: Technika, p. Leidinyje apžvelgti radiolokacinių sistemų sudarymas, veikimo principai, schemotechniniai sprendimai. Taip pat radiolokacijos principai, kurių išmanymas yra būtinas orlaivių pilotams, laikantiems licencinius egzaminus pagal ICAO (tarptautinės civilinės aviacijos organizacijos) reikalavimus JAR-FCL1. Mokomoji knyga skirta VGTU AGAI orlaivių pilotavimo, elektronikos inžinerijos (aviacinės elektronikos specializacija), skrydžių valdymo studijų programų pagrindinių studijų studentams, studijuojantiems radiolokacinių sistemų modulius.. Leidinį rekomendavo VGTU AGAI studijų komitetas Recenzavo prof. E. Pileckas ir doc. K. Maceika VGTU leidyklos Technika 958 mokomosios metodinės literatūros knyga ISBN R. Malinauskas, 2007 VGTU leidykla Technika, 2007

3 TURINYS KNYGOJE VARTOJAMŲ TERMINŲ IR SANTRUMPŲ LENTELĖ...7 ĮVADAS RADIOLOKACIJOS PRINCIPAI Elektromagnetinių bangų sklidimo ir atspindžio dėsningumai Elektromagnetinių bangų atspindžiai ir jų dėsningumai Doplerio efektas Radiolokacijos taikinių aptikimo principai Radaro skiriamoji geba ir tikslumas Teorinis maksimalus RLS aptikimo nuotolis Minimalus taikinio aptikimo nuotolis Realus RLS aptikimo nuotolis PAGRINDINĖ RADIOLOKACIJOS LYGTIS Antenos kryptingumas. Antenos stiprinimo koeficientas Pagrindinė radiolokacijos lygtis RADARŲ KLASIFIKACIJA Aerodromo paviršiaus apžvalgos radarai Trasų radarai Aerodromų radarai Zonos kontrolės radarai Tupdymo radarai Bortiniai meteorologiniai radarai RLS SUDEDAMOSIOS DALYS Antenos Antenų kryptinės diagramos RLS antenų konstrukcijos Ruporinės antenos Veidrodinės antenos Plyšinės antenos Bortinių radarų antenos Antenų parametrai

4 4.2. Antenų perjungikliai Siųstuvai Siųstuvų parametrai SAD generavimas Magnetronas Magnetrono darbo režimai Magnetronų dažnių stabilizavimas arba dažnio keitimas Moduliatoriai Moduliatorių schemos Moduliatorius su visišku vėlinimo linijos iškrovimu IMTUVAI Judančių taikinių selekcija Imtuvo struktūrinės schemos Koherentinės RLS imtuvo struktūrinės schemos Koherentinės RLS struktūrinė schema Pseudokoherentinių RLS imtuvo struktūrinė schema RLS imtuvų sudedamosios dalys Balansinis maišiklis Heterodinai Kvarciniai heterodinai Atgalinės bangos lempos heterodinas Heterodinas su Gano diodu Tarpinio dažnio stiprintuvas Automatinės stiprinimo reguliavimo sistemos Laikinė automatinė stiprinimo reguliavimo sistema Greitinė ASR sistema Triukšminė ASR sistema Detektoriai BORTINIAI METEOROLOGINIAI NAVIGACINIAI RADARAI Bortinių radarų valdymo blokas Bortinio radaro su spalvotu indikatoriumi valdymas Meteonavigacinis radaras Groza ANTRINĖS RADIOLOKACINĖS STOTYS Antrinės radiolokacijos principas Lėktuvinio atsakiklio darbo principai

5 7.3. Antrinės RLS šoninių lapelių slopinimas RLS THOMSON CSF Pirminės RLS struktūrinė schema Antena AC Imtuvas RR Doplerinis videoprocesorius (lėktuvinis) TVD Videoprocesorius (meteo) TVD Siųstuvas ER ANTRINĖ RLS THOMSON Antrinio radaro THOMSON antena Imtuvas-paklausiklis RSM Monoimpulsinis azimuto matavimo būdas S-moda PROCESORIUS TPR LITERATŪRA

6 6

7 KNYGOJE VARTOJAMŲ TERMINŲ IR SANTRUMPŲ LENTELĖ Terminai Antenos perjungiklis Atgalinės bangos lempa Automatinis dažnio reguliavimas Dažnio daugintuvas Elektrinio lauko stipris Elektrovaros jėga Emiterinis kartotuvas Fazinis detektorius Galia Greitinis automat. stiprinimo reguliavimas Jūrmylė Koherentinis heterodinas Kryptinė diagrama Kvarcinis rezonatorius Laikinis automat. Stiprinimo reguliavimas Magnetronas Maišiklis Naudingumo koeficientas Pėda Radiolokacijos taikiniai Radiolokacinė stotis Radiolokatorius Skrydžių valdymo centras Superaukštas dažnis Tarpinio dažnio striprintuvas Tarpinis dažnis Triukšminis automatinis stiprinimo reguliavimas Vėlinimo linija Sinonima i Kvarcas Radaras Sutrumpinimas AP ABL ADR DD EVJ FD P GASR nm KH LASR MG M n.v.k. ft RLS SVC SAD TDS TD TASR VL 7

8 ĮVADAS Mokomojoje knygoje nagrinėjami klausimai, susiję su aviacijoje naudojama radiolokacine įranga. Ši įranga aviacijoje turi kelias funkcines paskirtis. Pirmiausia ji skirta orlaivių eismui tam tikruose regionuose stebėti. Antra jos paskirtis yra padėti pilotams skrydžio metu orientuotis meteorologinėje aplinkoje skrydžio kryptimi bei padėti orientuotis vietovėje, vykdant skrydžio navigaciją. Mokomojoje knygoje apžvelgiami teoriniai radiolokatorių darbo klausimai, nagrinėjami techniniai sprendimai, kuriais remiantis konstruojami įvairios paskirties radiolokatoriai. Pagal tarptautinės civilinės aviacijos organizacijos (ICAO) reikalavimus visi orlaivių pilotai privalo išmanyti radiolokatorių darbą, jų parametrus, paskirtį, todėl šioje knygoje pateikta nemažai informacijos, padedančios įvykdyti šiuos reikalavimus. Knyga skirta VGTU orlaivių pilotavimo ir skrydžių valdymo specialybių studentams, kuriems būtinos žinios apie radiolokaciją, kad taptų kvalifikuoti aviacijos specialistai. Be to, knyga skirta ir elektronikos bei elektros inžinerijos studijų programų studentams, kurių specializacija susijusi su aviacine technika. Žinios apie radiolokaciją šiems studentams labai svarbios, nes radiolokacinė įranga yra viena iš svarbiausių ir sudėtingiausių aviacinės įrangos dalių. 8

9 1. RADIOLOKACIJOS PRINCIPAI 1.1. Elektromagnetinių bangų sklidimo ir atspindžio dėsningumai Elektromagnetinės bangos susideda iš dviejų laukų elektrinio bei magnetinio, kurie yra išdėstyti statmenai vienas kito atžvilgiu ir svyruoja pagal sinuso dėsnį. Elektrinis laukas E svyruodamas sukuria magnetinį lauką H, ir atvirkščiai, magnetinis laukas svyruodamas sukuria elektrinį lauką. Elektromagnetinė banga sklinda kryptimi, statmena E ir H krypčiai. Laukų išsidėstymas elektromagnetinėje bangoje tam tikru laiko momentu t = t 0 parodytas 1 pav. Banga sklinda ašies x kryptimi. 1 pav. Elektrinio E ir magnetinio H laukų išsidėstymas elektromagnetinėje bangoje Elektromagnetinė banga sklinda labai dideliu greičiu, apytiksliai lygiu c = m/s. Jis vadinamas šviesos greičiu. Jūrmylėmis per sekundę šviesos greitis bus c = 1, nm/s. Jei matuosime, kaip kinta elektrinis ir magnetinis laukai viename lauko taške x = x 0, gausime rezultatą parodytą 2 pav. 9

10 2 pav. Elektrinio ir magnetinio lauko kitimas laike viename fiksuotame lauko taške x = x 0 Elektromagnetinė banga aprašoma tokiais parametrais: E m elektrinio lauko amplitudė; H m magnetinio lauko amplitudė; λ bangos ilgis artimiausi taškai, svyruojantys vienoda faze; T svyravimo periodas laiko tarpas, per kurį įvyksta vienas svyravimas; F 0 svyravimo dažnis svyravimų kiekis per laiko vienetą; Kad nustatytume, kaip susieti elektromagnetinių bangų parametrai tarpusavyje, pažymėsime dar vieną aplinkybę. Kad rastume dviejų artimiausių taškų, kurie svyruoja vienoda faze (šis atstumas vadinamas bangos ilgiu λ), reikia rasti atstumą, kurį banga nusklinda per 1 svyravimų periodą. Šis atstumas bus lygus λ: 1 λ = c T; T =. (1) f Užrašysime lygtį, aprašančią elektromagnetinės bangos pagrindinius dydžius. Elektrinio lauko stipris: x E = Em sin ω t + ϕ0, c (2) ω = 2πf, (3) 10

11 čia c x rodo, kokiu laiku vėluoja svyravimai taške x, palyginti su svyravimais, vykstančiais taške x = 0; ω ciklinis dažnis. Išskleidę gausime: x E = Em sin ω t 2πf + ϕ0. (4) c Raskime atstumą x, per kurį fazė pasikeičia 360, t. y. 2π: x 2πf = 2π. (5) c Kaip jau žinome, x = λ. Pertvarkę gausime tokią λ priklausomybę nuo c ir T: λ = 1; λ = T c. (6) T c Taigi gavome tą patį rezultatą kitu būdu. Pertvarkę bangos lygtį, gausime: 2π E = Em sin ωt x + ϕ0. (7) T Kartais ši lygtis užrašoma: E = Em sin[ ωt k x + ϕ0], (8) čia dydis k = 2π/λ vadinama banginiu skaičiumi Elektromagnetinių bangų atspindžiai ir jų dėsningumai Elektromagnetinės bangos, krisdamos į paviršius, atsispindi. Apžvelgsime atspindžio priežastis. 3 pav. parodytas atspindžio procesas. Žinome, kad elektromagnetinė banga susideda iš besikeičiančių elektrinių ir magnetinių laukų. 11

12 3 pav. Atsispindėjusio lauko formavimo schema Besikeičiantis magnetinis laukas, būdamas šalia (3 pav.) laidaus paviršiaus, sukelia jame sūkurines sroves (i s ). Jos besikeisdamos sukelia magnetinį lauką, kuris nukreiptas į priešingą pusę nei krintantis magnetinis laukas. Atsiranda naujas elektromagnetinis laukas, kurio kryptis bus tokia, kad φ = φ, čia φ kritimo kampas; φ atspindžio kampas. Tam, kad vyktų efektyvus elektromagnetinių bangų atspindys, paviršius turi būti laidus. Izoliatoriai elektromagnetines bangas atspindi labai silpnai (keletą procentų nuo krintančios energijos) Doplerio efektas Doplerio efektas dar vienas labai svarbus elektromagnetinių bangų sklidimo dėsningumas, atsirandantis spinduliuojant ar priimant jų atspindį, kai bangų siųstuvas, imtuvas arba atspindintis paviršius juda. Jei siųstuvas juda imtuvo atžvilgiu, tai jo išspinduliuotos bangos dažnis, priimamas imtuvu, pasikeičia. Taip yra dėl to, kad kol išspinduliuojamas vienas svyravimas, bangas spinduliuojantis objektas pajuda tam tikrą atstumą. Dėl to išspinduliuotos bangos spinduliavimo dažnis didėja, artėjant siųstuvui prie imtuvo, ir mažėja jam tolstant. Šis dažnio pokytis dėl siųstuvo judėjimo imtuvo atžvilgiu vadinamas Doplerio dažniu, o šis efektas Doplerio efektu. Tas pat 12

13 vyksta imtuvui judant siųstuvo atžvilgiu. Doplerio dažnio dydis f D randamas taip: ν f r D =, (9) λ čia v r yra radialinė greičio dedamoji; v r = v cos α (4 pav.). v r f 0 ( f f ) 0 D α v A 4 pav. Doplerio efektas elektromagnetinei bangai atsispindint nuo lėktuvo Čia f 0 siųstuvo, esančio lėktuve, dažnis, o imtuvas per anteną A priima dažnio f 0 f D elektromagnetines bangas. Tuo atveju, kai Doplerio dažnio poslinkį matuojame elektromagnetinėms bangoms atsispindint nuo lėktuvo, skrendančio greičiu v r, Doplerio efektas įvyksta du kartus. Pirmą kartą šis efektas įvyksta, kai lėktuvo paviršius veikia kaip imtuvas ir sūkurinės srovės susikuria dažniu f 0 ± f D. Antrasis Doplerio efektas įvyksta, kai sūkurinės srovės sukuria išspinduliuojamą elektromagnetinę bangą su dar vienu f D poslinkiu. Taigi radiolokacijoje 2ν f r D =. (10) λ 13

14 1.4. Radiolokacijos taikinių aptikimo principai Radiolokacija pagal taikinių aptikimo principus skirstoma į dvi pagrindines rūšis: pirminė radiolokacija; antrinė radiolokacija; Pirminė radiolokacija kai radiolokacinė stotis išspinduliuoja elektromagnetinės bangos impulsą, jis atsispindi nuo lėktuvo ir radiolokacinė stotis priima šį signalą. Pagal signalo parametrus nustatomos orlaivio koordinatės. Ši radiolokacija dar vadinama pasyviąja. Antrinė radiolokacija kai radiolokacinė stotis išspinduliuoja koduotą paklausimo signalą, lėktuve esantis atsakiklis priima ir pasiunčia atsakomąjį kodą. Pagal šio kodo vėlavimo laiką ir pagal kodo spinduliavimo kryptį bei jo turinį nustatomos orlaivio koordinatės. Apie antrinę radiolokaciją smulkiau bus rašoma toliau. Tam, kad suprastume pirminės radiolokacinės stoties darbo principus, pavaizduosime jos sustambintą struktūrinę schemą (5 pav.). Visos pirminės radiolokacinės stotys turi vieną anteną, per kurią išspinduliuoja siųstuvo suformuotą signalą. Jis vadinamas zonduojančiuoju. Radiolokacinė stotis priima atspindėtą nuo orlaivio signalą. Pagrindinė šios antenos charakteristika būtų jos kryptinė diagrama. Ši diagrama tai parametras, nusakantis, kaip plačiai antena spinduliuoja elektromagnetines bangas ir koks plotis zonos, kurios jautrumas didesnis nei 0,5 P in, čia P in maksimalus antenos priėmimo jautrumas. Pirminėse RLS naudojama viena antena tiek bangoms spinduliuoti, tiek joms priimti. Tam, kad galėtų būti naudojama viena antena, abiem atvejais naudojamas AP anteninis perjungiklis. Šis įrenginys prijungia anteną prie siųstuvo, kai elektromagnetinės bangos spinduliuojamos, ir prijungia anteną prie imtuvo, kai atsispindėjusios bangos priimamos. 14

15 5 pav. Pirminės radiolokacinės stoties sustambinta struktūrinė schema Toliau apžvelgsime pirminės RLS darbo principą. Šios stotys dirba vadinamuoju impulsiniu metodu. 6 pav. parodytos įtampų diagramos įvairiuose RLS struktūrinės schemos taškuose. Tam, kad būtų matyti signalų formos, šiose diagramose realybės neatitinka laiko bei įtampų dydžių masteliai. Realiai 6 pav. pavaizduotų dydžių santykiai yra tokie: τ i /T i = n 10 3 ; U siųst /U im = n ( ). Sinchronizavimo blokas generuoja impulsus, kurie lemia siųstuvo generuojamų impulsų pasikartojimo periodą T i. Šis impulsas paleidžia siųstuvo impulsų formavimą. 15

16 U sinchro t T i U siųst t U im. įj τ i τ vėl t U im. iš t U skirst t 6 pav. Pirminėje RLS įtampų diagramos Siųstuvas sugeneruoja impulsą, kurio trukmė τ i, signalo dažnis f z, galia P i. Pateiksime pirminės RL stoties THOMSON SDX parametrus: T i = 2,7 ms; τ i = 1,0 µs; P siųst = 0,8 MW; f z = MHz (λ 10 cm). Šis siųstuvo radioimpulsas per anteninį perjungiklį, o toliau per anteną pasiunčiamas į siaurą erdvinį kampą, kurį sudaro antenos 16

17 kryptinė diagrama. Šis kampas mažas azimuto kryptimi Θ α = 1,5 ir didelis vietos kampo kryptimi Θ β = 30. Sukant anteną 360, vykdoma radiolokacinė orlaivių eismo apžvalga aplink RLS. Radijo impulsas, atsispindėjęs nuo orlaivio korpuso, grįžta atgal ir yra priimamas per RLS anteną. RLS imtuvas sustiprina silpną atspindžio signalą, jį išdetektuoja, radioimpulsą (U imij ) paverčia videoimpulsu (U imiš ). Šis impulsas siunčiamas į indikatorių ir tuo momentu indikatoriaus ekrane atsiranda šviečianti žymė. Indikatorius rodo dvi orlaivio koordinates azimutą ir nuotolį. Indikatoriaus skleistinė sudaryta taip, kad indikatoriaus spindulys sukasi kartu su antena ir yra skleidžiamas nuo indikatoriaus centro į jo pakraštį. Spindulio nutolimas nuo centro yra proporcingas laikui, kurį radioimpulsas ėjo iš RLS antenos iki orlaivio ir atgal, o šis laikas yra proporcingas elektromagnetinių bangų nueitam keliui. Taip yra dėl to, kad skleistinės signalas, siunčiamas į skleistinės ritę, yra tiesiškai didėjantis laiko atžvilgiu, taigi atstumas nuo centro iki šviečiančios žymės bus proporcingas atspindžio signalo vėlinimo laikui τ vėl (6 pav.), o šis savo ruožtu yra proporcingas atstumui iki orlaivio. τ c D v e& l =, (11) 2 čia τ vėl laikas, per kurį radioimpulsas keliavo nuo RLS iki orlaivio ir atgal; c elektromagnetinis bangų sklidimo greitis ( m/s, arba 1, nm/s); τ vėl c dalijame iš 2, nes banga keliavo iki orlaivio ir atgal, t. y. du atstumus iki orlaivio. Orlaivio žymės azimutas indikatoriaus ekrane pažymimas tiksliai dėl to, kad indikatoriaus spindulys sukasi ekrane kartu su antena. Tai pasiekiama, nes kartu su antena sukamas sukamojo transformatoriaus rotorius L r (5 pav.), jo magnetinis laukas indukuoja elektromagnetinės indukcijos elektrovaros jėgą (εvj) sukamojo transformatoriaus statoriaus ritėse (L 1st, L 2st 5 pav.). Jos išdėstytos statmenai. Indukcinės srovės, tekėdamos per indikatoriaus skleistinės rites L 1sk ir L 2sk, sukuria besisukantį magnetinį lauką, kuris laikui bėgant tie- 17

18 siškai didėja. Taigi šio lauko veikiamas indikatoriaus elektroninis spindulys sukasi ir juda nuo centro į ekrano pakraštį. Taigi žymė ekrane šviečia pasisukus spinduliui kampu, lygiu orlaivio azimuto kampui, ir nutolusi nuo centro per dydį, proporcingą orlaivio nutolimui. Orlaivio azimutas nustatomas tiksliai, nes elektromagnetinis impulsas spinduliuojamas per siaurą kryptinę diagramą, ir impulso trukmė yra nedidelė apie τ i = 3,0 µs Radaro skiriamoji geba ir tikslumas Skiriamoji geba tai mažiausias atstumas tarp dviejų taikinių pagal azimutą ir nuotolį, kai jie RLS indikatoriuje išskiriami kaip du atskiri taškai. Tikslumas tai yra matavimo paklaida. RLS jis priklauso nuo daugybės veiksnių: impulsų sinchronizacijos paklaidos, radiosignalo sklidimo aplinkos, taikinio atspindžio charakteristikų, imtuvo signalo/triukšmo santykio, operatoriaus paklaidų. Tariama, kad RLS nuotolio matavimo paklaida atitinka ±1,25 % D max (maksimalaus aptikimo nuotolio). Skiriamoji geba pagal nuotolį priklauso nuo radioimpulso trukmės. Tariama, kad skiriamoji geba pagal nuotolį yra lygi atstumui, kurį elektromagnetinė banga nukeliauja per pusę impulso trukmės laiko. Pvz.: jei τ ι = 1 µs, per 0,5 µs banga nukeliauja D sk = = 300 m, t. y. skiriamosios gebos pagal nuotolį formulė būtų: 1 Dsk = τi c. (12) 2 Skiriamoji geba pagal azimutą α sk laikoma lygia kryptinės diagramos pločiui (0,5 P inmax lygyje). Pvz.: RLS kryptinės diagramos plotis yra α = 3. Raskime atstumą tarp dviejų lėktuvų, nutolusių D = 120 km, kuriuos RLS ekrane matysime kaip du. 18

19 Skiriamoji geba pagal azimutą bus α sk = 3, t. y. skiriamoji geba kilometrais azimuto kryptimi bus: r sk = D sin α sk = D α sk (rad) = D 2π/360 α sk. Įrašę reikšmes, gausime: r sk = 120 2π/360 3 = 6 km. (13) Toliau galime išvesti supaprastintą formulę skiriamajai gebai kilometrais azimuto kryptimi nustatyti. Jei α sk = 1, tada r sk = 2 km ir santykis r sk /D = 2/120 = 1/60. Iš čia galime gauti: r sk = 1/60 D α sk. Šis dėsnis vadinamas vienos šešiasdešimtosios dėsniu, jis nesunkiai leidžia rasti skiriamąją gebą r sk, žinant α sk ir D. Azimuto matavimo tikslumas α t būtų α = ± α/2. Matavimo tikslumas statmenai lėktuvo krypčiai į RLS bus 1 αd r = ±. (14) 60 2 Mūsų nagrinėjamu atveju r = ±1 km Teorinis maksimalus RLS aptikimo nuotolis RLS maksimalus taikinio (lėktuvo) aptikimo nuotolis priklauso nuo įvairių aplinkybių: siųstuvo galingumo, imtuvo jautrumo, impulso trukmės, gamtinių sąlygų, kryptinės diagramos pločio. Tačiau yra vienas RLS parametras, kuris vienareikšmiškai nulemia RLS teorinį aptikimo nuotolį. Tai nuotolis, kurį radioimpulsas nuskrieja nuo RLS 19

20 antenos iki taikinio ir atgal per RLS siųstuvo impulsų pasikartojimo periodą T i : Dmax. t Ti c c = =. (15) 2 2Fi Jei F i = 400 Hz, tai T i = 2, s. Tokiu atveju teorinis maksimalus aptikimo nuotolis bus: 3 5 2, D max. t = = 3,75 10 = 375 km. (16) 2 Jūrmylėmis tai bus: 3 2,5 10 1,62 10 D max. t = 2 = 200 nm, (17) čia c = 1, nm/s. Jei RLS sugebės priimti atspindžio signalą nuo taikinio, kurio atstumas iki RLS didesnis nei D max.t, tai gausime imtuve atspindžio signalą, kurio vėlinimo laikas bus τ & = τ & T, (18) velin vel čia τ vėlin signalo vėlinimo laikas imtuve (atskaičiuojamas nuo paskutinio zonduojančiojo impulso); τ vėl realus signalo vėlinimo laikas, reikalingas radioimpulsui nusklisti iki taikinio ir atgal. Tokiu atveju ekrane matysime neteisingą vėlinimo laiką (o kartu ir atstumą) nuo paskutinio zonduojančiojo impulso iki priimto atspindėto signalo. Todėl konstruojant RSL daroma taip, kad visų kitų sąlygų nulemtas maksimalus aptikimo nuotolis būtų mažesnis nei teorinis maksimalus. i Minimalus taikinio aptikimo nuotolis Minimalų RLS aptikimo nuotolį lemia ta aplinkybė, kad kol yra siunčiamas zonduojantysis signalas, tol imtuvas yra atjungtas nuo an- 20

21 tenos (nes RLS turi vieną anteną ir anteninis perjungiklis prie antenos prijungia siųstuvą arba imtuvą). Taigi minimalų aptikimo nuotolį nulemia zonduojančiojo impulso trukmė: τ i c Dmin =. (19) 2 Pavyzdžiui, jei τ i = 3µs, tai minimalus aptikimo nuotolis bus lygus: D min = = 450 m. (20) 2 Toks minimalus aptikimo nuotolis tinka RLS, vykdančioms oro eismo stebėjimą oro trasoje, bet RLS, kurios stebi oro eismą aerodromo teritorijoje, D min turi būti mažesnis. Todėl tokiose RLS τ i būna lygus 1 µs Realus RLS aptikimo nuotolis 8 Elektromagnetinės bangos energijos srauto priklausomybė nuo atstumo Elektromagnetinės bangos energijos parametras yra bangos energijos srautas. Nuo šito parametro priklauso, ar pakankamas bangos lygis pasiekia RLS imtuvą, kad tokia banga RLS imtuve būtų priimta. Kaip kinta bangos energijos srautas, tolstant nuo bangų šaltinio? Tarkime, kad antena spinduliuoja elektromagnetines bangas siaurame kūginiame erdviniame kampe, kurio dydis lygus α (7 pav.). 21

22 S α R D 7 pav. Elektromagnetinės bangos energijos srauto kitimas Kadangi visa energija, išspinduliuojama per anteną, yra erdviniame kampe α, tai bangos energijos srautas σ ε bus: ε σ ε =, (21) S čia σ ε energijos srautas; ε bangos energija; S plotas į kurį ši energija krinta: S = 2πR R = D tg α D α; S = πd σ ε 2 2 ; α ε = 2 πd α 2 2 ;, (22) čia D atstumas iki ploto S. Toks energijos srautas kris į taikinio paviršių, kuris yra atstumu D nuo RLS antenos. Bangai pasiekus taikinį, ji atsispindės. Atspindžio efektyvumas vertinamas taikinio efektyvuoju atspindžio paviršiumi Ŝ T. Atspindėta banga bus nekryptinė ir tarkime, kad ji tolygiai pasklis taikinį gaubiančioje pusiausferoje, atsuktoje į RLS anteną. Tokios pusiausferos plotas bus 2 2 4πD α S =. (23) 2 22

23 Taigi energijos srautas, nusklidęs iki taikinio, atsispindėjęs nuo jo ir vėl grįžęs į anteną, turės tokį dydį: ~ ε ST σ A = ; (24) πd α 2πD ~ ε S σ = T A. (25) π D α Į anteną, kurios plotas S A pateks energija lygi: ~ ε ST S A ε A = σ A S A =, (26) π D α t. y. elektromagnetinės bangos energija, grįžusi į RLS, bus ε ~ 1/D 4 atvirkščiai proporcinga atstumui iki taikinio ketvirtuoju laipsniu. 23

24 2. PAGRINDINĖ RADIOLOKACIJOS LYGTIS 2.1. Antenos kryptingumas. Antenos stiprinimo koeficientas RLS darbas priklauso nuo išspinduliuotos ir priimtos galios, dėl to tenka įvertinti antenos kryptingumą ir parametrus, nuo kurių šis kryptingumas priklauso. Vienas iš parametrų, nusakančių antenos kryptingumą, yra antenos stiprinimo koeficientas. Pati antena yra pasyvusis elementas, ji realiai nieko nestiprina, tačiau su krypties antena galime perskirstyti erdvėje spinduliuojamą galią. Jei turime nekryptinę anteną, galia tolygiai spinduliuojama į visas puses ir į plotą, atstumu D nutolusį nuo antenos, turėsime P NK krintančiąją galią. Jei antena kryptinė, tai galia per ją spinduliuojama maksimalia spinduliavimo kryptimi P K. Taigi, jei siųstuvo spinduliuojama galia vienoda abiem atvejais, tai nekryptinės antenos galia, spinduliuojama į tam tikrą plotą S (P NK ), bus gerokai mažesnė nei kryptinės antenos galia, spinduliuojama į tą patį plotą S maksimumo kryptimi (P K ). Šių dviejų galių santykis vadinamas antenos stiprinimo koeficientu: P' G = K. (27) P ' NK Jei antena spinduliuoja erdviniu kampu, jos azimutinis plotis Θ, o vietos kampo plotis φ, tai stiprinimo koeficientą būtų galima užrašyti kaip santykį erdvinio kampo, į kurį spinduliuoja nekryptinė antena su erdviniu kampu, į kurį spinduliuoja kryptinė antena. Tada antenos stiprinimo koeficientas bus: 4π G = (28) Θ φ [ rad] ; G = (29) Θ φ [ laips]. 24

25 Antenos stiprinimo koeficientų apytiksliams skaičiavimams galime imti: Ae G = 4π, (30) 2 λ čia A e antenos efektyvusis plotas; A e = ε A; A realus antenos plotas, ε = 0,4 0,9. Apytiksliais skaičiavimais galima nustatyti ir kryptinės diagramos plotį priklausomai nuo antenos matmenų ir radijo bangos ilgio λ: Θ, φ = λ/d. Ar mūsų samprotavimai teisingi, patikrinsime realios RLS pavyzdžiu. Žinoma Siemens firmos meteorologinė stotis Siemens-Plessey 46 C. Jos signalo spinduliavimo dažnis f z = 5 625MHz (λ = 5,33 cm), ji naudoja 2,44 m skersmens parabolinę veidrodinę anteną. Antenos efektyvumas ε = 0,5. Rasime, koks bus spindulio sklaidos kampas (antena apvali, todėl Θ = Φ): A = πd 2 /4 = 4,68 m 2 ; A e = A ε = 2,34 m 2 ; 4πAe G = = = 40,1 Db ; 2 λ λ 5,33 10 φ = = d 2,44 2 = 0,022. Šio radaro techniniai duomenys rodo, kad stiprinimo koeficientas 40 db, o spindulio plotis Θ = Φ = 1,5 = 0,026 rad. Matyti, kad spindulys truputį platesnis nei teoriškai apskaičiuotasis. Taip yra dėl to, kad ε yra kiek mažesnis nei ėmėme 0,5. 25

26 2.2. Pagrindinė radiolokacijos lygtis Tai lygtis, nustatanti ryšį tarp pagrindinių RLS techninių parametrų ir RLS pagrindinio eksploatacinio parametro, t. y. maksimalaus atstumo, kuriame RLS gali aptikti taikinį, t. y. maksimalų aptikimo nuotolį D max. Pagrindiniai techniniai RLS parametrai: impulso galia P i ; antenos stiprinimo koeficientas siunčiant G s ; antenos stiprinimo koeficientas priimant G i. Šie stiprinimų koeficientai mažai skiriasi, bet tam, kad suprastumėte principą, juos atskiriame. bangos ilgis λ; imtuvo jautrumas U immin ; triukšmo lygis imtuve N. Kadangi spindulio sklaidos kampas yra Θ; φ, tai galios srautas, tolstant nuo antenos, mažės. Tai įvertinsime. Jei antena būtų izotopinė (nekryptinė), tai impulso galia išsiskleistų į sferą, kurios plotas atstume D bus S S = 4 π D 2. Tada atstume D galios srautas (galingumas į ploto vienetą) δ bus: P i δ NK = [ w/m]. (31) 2 4πD Kadangi antena yra kryptinga, yra įrodoma, kad δ bus: G P δ S i K = [ w/m]. (32) 2 4πD Antenos stiprumo koeficientas G S leidžia įvertinti antenos kryptingumo poveikį. 26

27 Jei atstume D banga sutinka orlaivį, jis atspindi elektromagnetines bangas. Atspindžio efektyvumą nulemia taikinio radiolokacinis skerspjūvio plotas σ. Pavyzdžiui, lėktuvo BOEING 747 σ = 60 m 2. Atspindėtos bangos galingumas ties taikiniu bus: Pi Gs σ Pats = 2 4πD. (33) Ši atspindėta galia bus spinduliuojama nekryptiškai, t. y. į sferą plotu 4πR 2, atspindėto signalo galios srautas atstumu D nuo taikinio bus: Pats Pi GS σ 1 =. (34) 2 2 S 4πD 4πD Galia, priimta antena, bus Pi GS σ Ae P =. (35) ats 2 ( 4πD ) Signalui priimti arba, jei tai kita antena, priėmimo antenai irgi gali būti įvestas antenos priėmimo stiprinimo koeficientas G i. Pagal analogiją 4πAe G i =. (36) 2 λ Tada P ats 2 Pi GS Gi σ λ =. (37) 2 4π 2 ( 4πD ) Kadangi visa aparatūra dirba neidealiai, įvedamas RLS slopinimo koeficientas L S. Jis įvertina signalo slopinimą erdvėje, antenoje, atspindžiai aparatūros viduje ir taip toliau L S būna iki 0,5. P ats 2 ( 4πD ) 2 2 Pi GS Gi σ λ LS =. (38) 2 4π 27

28 Toliau rasime maksimalų aptikimo nuotolį. Tai bus tada, kai signalas bus ties imtuvo jautrumo riba. Jautrumas matuojamas minimaliu tam imtuvui signalo ir triukšmo santykiu SNR. Jei triukšmo galingumas N, tai Pats SNR =. N Tuo atveju maksimalus aptikimo nuotolis bus P ats Iš čia gauname: Pi GS Gi σ λ LS = ( SNR) N. (39) 2 4π D 4 max 2 ( 4πR ) max 2 ( 4π) 3 N( SNR) 2 Pi GS Gi σ λ LS =. (40) Taigi gavome formulę, leidžiančią apskaičiuoti maksimalų aptikimo nuotolį žinant RLS parametrus, ir atvirkščiai, galima suskaičiuoti, kokius parametrus reikia pasiekti, kad gautume norimą aptikimo nuotolį. Iš lygties matome, kad RLS aptikimo nuotolis priklauso nuo antenos kryptinės diagramos, siųstuvo impulsinio galingumo, imtuvo triukšmo savybių. Gerindami šias savybes, galime pasiekti reikiamus RLS eksploatacinius parametrus. 28

29 3. RADARŲ KLASIFIKACIJA Radarai naudojami orlaivių judėjimui kontroliuoti. Orlaivių judėjimas kontroliuojamas jiems judant įvairiomis sąlygomis. Sąlygos yra skirtingos įvairiose orlaivių skrydžio etapuose Aerodromo paviršiaus apžvalgos radarai Pirmajame etape orlaiviai juda aerodromo takais, jau nusileidę, stovėjimo aikštelės link, ir atvirkščiai, juda iš stovėjimo aikštelės pakilimo tako link, prie pakilimo išeities pozicijos. Šioje zonoje lėktuvai nuo radaro būna atstumu 0,5 10 km. Mažiausi atstumai tarp lėktuvų ir kitų objektų, kuriuos reikia nustatyti, yra apie 5 m. Šios sąlygos nulemia ir radaro parametrus: minimalus atstumas 0,5 km, maksimalus 10 km, skiriamoji geba 5 m. Tai vadinamieji eksploataciniai radaro parametrai, lemiantys techninius radaro parametrus. Šie parametrai yra tokie: T i zonduojančiųjų impulsų pasikartojimo periodas; τ i zonduojančiųjų impulsų trukmė; λ zonduojančiojo impulso elektromagnetinės bangos ilgis; P i zonduojančiojo signalo impulso galia. Lengviausia išpildyti P i reikalavimus, nes maksimalus atstumas yra nedidelis km, todėl P i visiškai užtenka 30 kw. Zonduojančiųjų impulsų pasikartojimo periodas turėtų būti: Iš čia T i 8 = = t. y. T > 50 µs. i 6 s, F < 90 khz. (41) i Kitas parametras, kurį reikėtų aptarti, būtų impulso trukmė τ i. Ji, kaip minėta, nulemia skiriamąją gebą pagal nuotolį: 29

30 c τ D i sk =. (42) 2 Kaip minėta, skiriamoji geba pagal objektų nutolimą 5 m. Pirmiausia įvertinsime reikiamą skiriamąją gebą pagal nuotolį, o paskui pagal azimutą. Skiriamoji geba pagal nuotolį (...) lems impulso trukmę: 2 D τi = = = 3,3 10 = 0,033 c µs. (43) Taigi impulso trukmę reikia turėti τ i = 0,03 µs eilės. Šoninio nutolimo skiriamąją gebą lemia zonduojančiojo spindulio kryptinė diagrama. Įvertinkime, kokia ji turėtų būti. Kaip minėta, šoninio nutolimo skiriamoji geba taip pat turi būti r sk = 5 m. Pasinaudodami 1/60 formule, rasime kryptinės diagramos plotį 0,5 lygyje: 1 r sk = α D; (44) 60 iš čia r sk 60 α =. (45) D Imame D = 10 km α = = = 0, Tačiau realiai gauti tokią kryptinę diagramą neįmanoma, pasitenkinama 0,3 pločio kryptine diagrama, dėl to nukenčia skiriamoji geba. 30

31 3.2. Trasų radarai Dažniausiai naudojama trasų radarų kvalifikacinė grupė. Trasų radarai skirti kontroliuoti orlaivių judėjimui trasose (Enrate surveillance radar) Pagrindinis šių radarų ribojamasis parametras yra veikimo nuotolis. Jų veikimo nuotolis reikalaujamas nm (t. y km). Šis veikimo nuotolis turi būti užtikrintas arba pirminio arba antrinio radaro sistemoje. Tokių radarų skiriamoji geba planuojama apie 1 km, nes atstumai tarp orlaivių trasose turi būti 5 nm. Šios būtinos savybės nulemia tokius radaro parametrus: λ = cm; F i = Hz; τ i = 2 4 µs; f A = 5 6 aps/min (antenos apsisukimų greitis); λ = cm lemia antenos kryptinę diagramą, ji būna Θ 3, tuomet skiriamoji geba pagal šoninį nutolimą bus rsk = α D= = 15 km. (46) Skiriamoji geba pagal nuotolį lemia τ i, jei τ i = 4 µs. Tada 6 τi c Dsk = = = 600 m. (47) 2 2 Kaip matome, tai kiek mažiau nei reikalaujamas 1 km. Zonduojančių impulsų pasikartojimo dažnis F i lemia maksimalų teorinį veikimo nuotolį 8 8 c 3 10 D max t = = = 375 km. (48) F i 31

32 3.3. Aerodromų radarai Kita grupė radarų būtų: aerodromų radarai (Aerodrome surveillance approach radars). Tai radarai, kontroliuojantys orlaivių judėjimą aerodromo zonoje (laukimo zona, artėjimas). Šių radarų tikslas pateikti radaro informaciją skrydžių valdymų centrui, kuria remiantis jis galėtų nukreipti orlaivius į ILS (prietaisinio tupdymo sistema) sistemos veikimo zoną. Šių radarų veikimo nuotolis 25 nm (46 km). Bangos ilgis 3 10 cm. Impulso trukmė τ i = 0,5 1 µs. Impulso pasikartojimo dažnis F i būtų randamas iš D max : 8 c F i = = = 3,3 10 Hz. (49) 3 D maxt Paprastai F i parenkamas apie 1 khz Zonos kontrolės radarai Toliau nagrinėsime kitą radarų rūšį zonos kontrolės radarus (Terminal surveillance area radars). Tai tarpinis radaras tarp aerodrominio ir trasinio radaro. Jo veikimo nuotolis reikalaujamas 75 nm (140 km). Bangos ilgis λ = µs. τ i = 1 3 µs. Skiriamoji geba 3 nm (5,6 km). Impulsų pasikartojimo dažnis turėtų būti 8 c F i = = = 2, khz. (50) 3 D 1,4 10 maxt 3.5. Tupdymo radarai Kita radarų grupė būtų tupdymo radarai tai radarai, leidžiantys tiksliai leistis orlaiviui teorine tūptine, t. y. kursas išilgai tūpimo tako, 32

33 o glisada 3 į tūpimo tako paviršių. Kadangi reikia koreguoti ir skrydžio kursą ir glisadą, daryti tai reikia dideliu tikslumu. Šis radaras turi dvi antenas: vieną kursui sekti, kitą glisadai (vietos kampui). Kadangi reikalingas didelis tikslumas, tai naudojamos trumposios bangos λ = 3 cm (f z = 10 GHz). Reikalingas maksimalus atstumas nėra didelis, iki 10 km (5,6 nm). Tupdymo procedūra pradedama nuo 4 nm valdant kas ½ nm, o nuo 2 nm kas ¼ nm. Bendravimas tarp piloto ir dispečerio baigiamas likus ne daugiau nei ½ nm, nukreipiant lėktuvą teisingu kursu ir glisada. Tokių radarų parametrai turi būti D max = 10 km (5,6 nm), F i = 30 khz; τ i = 0,1 µs. Šio radaro ekranas kardinaliai skiriasi nuo kitos paskirties radarų ekranų. 8 pav. parodytas tupdymo radaro ekrano vaizdas. 8 pav. Tupdymo radaro ekranas 33

34 Punktyru nubrėžta valdomo lėktuvo trajektorija, kuria lėktuvas turėtų tūpti. Tūpimo vieta kairėje taške A. Ekrane matyti dviejų koordinačių azimuto nukrypimo nuo tūpimo tako kurso bei orlaivio vietos kampo priklausomybė nuo orlaivio nuotolio Bortiniai meteorologiniai radarai Bortiniai meteorologiniai radarai skirti meteorologinei padėčiai lėktuvo kurso priekyje nustatyti. Smulkiau, kaip vyksta radarinė meteorologinė apžvalga, bus aptarta vėliau, nagrinėjant bortinio meteorologinio radaro darbą. Šiame poskyryje apžvelgsime, kokius parametrus turi tokie radarai. Bortiniai meteorologiniai radarai vykdo ne tik meteorologinės situacijos apžvalgą, bet ir navigaciją. Šią funkciją bortiniai radarai gali vykdyti dėl to, kad radijo bangos atsispindi skirtingai nuo miestų ir gyvenviečių, nuo miškų ir dirvožemių (laukų, pievų), kalnų ir vandens telkinių. Taigi minėtosioms funkcijoms vykdyti reikalingi atitinkamų parametrų radarai. Maksimalus aptikimo nuotolis didesnis nei 60 nm (110 km), kryptingumo diagramos plotis 3 5. Tokiam kryptingumo diagramos pločiui užtikrinti lėktuvo borte (antena negali būti didelė ir sunki) reikia naudoti trumpąsias bangas (λ = 3 cm). Impulsų ilgis gali būti didelis, nes mažų atstumų ir didelio tikslumo šiuo atveju nereikia, todėl τ i gali būti ilgos, o tai užtikrins didesnį zonduojančiojo impulso galingumą. Paprastai τ i = 3 µs. Impulsų pasikartojimo dažnis turėtų užtikrinti D max > 100 km: 8 c 3 10 F i = = 3 khz. (51) 3 D maxt Kadangi lėktuvo borto elektros energijos tiekimo įranga turi 400 Hz dažnį, tai ir bortinių radarų impulsų pasikartojimo dažnis parenkamas F i = 400 Hz. Tai užtikrina pakankamą radaro veikimo nuotolį ir jos principinės schemos paprastumą. 34

35 4. RLS SUDEDAMOSIOS DALYS 4.1. Antenos RLS antenos yra įtaisai, kurie išspinduliuoja ir priima elektromagnetinį spinduliavimą. Antenų konstrukcijos labai priklauso nuo antenų paskirties. Kaip jau rašyta aptariant radiolokaciją, elektromagnetinis spinduliavimas turi būti kryptingas. Nustatyta, kad bet kokios antenos kryptingumo diagramos bangoms siųsti ir priimti yra identiškos Antenų kryptinės diagramos Kryptinė diagrama tai charakteristika, tiksliai nusakanti antenos kryptingumo ypatybes. Kryptinę diagramą galima nustatyti prijungus siųstuvą prie antenos, o imtuvą su nekryptine antena perkeliant aplink anteną vienodu atstumu r (9 pav.). Šis atstumas turi būti daug didesnis nei antenos matmenys L, t. y. r >> L. Imtuvo išėjime gauta įtampa yra proporcinga elektromagnetinės bangos galiai tame taške: U iš ~ P. Radiolokacinių stočių antenos apskraidomos lėktuvais, nes kryptinę diagramą reikia išmatuoti įvairiuose aukščiuose. Toliau atlikus visų taškų matavimus ir radus U iš i jie yra sunormuojami padalijus iš maksimalaus U iš dydžio U iš max. Uiši Ki =. (52) U iš max Tada kryptinė diagrama nupiešiama polinėje koordinačių sistemoje (10 pav.). Kryptingumo parametras α 0,5 nustatomas kaip kryptingumo diagramos plotis 0,5 P lygyje. in max 35

36 9 pav. Sistema, leidžianti išmatuoti antenos kryptinę diagramą 10 pav. RLS antenos kryptinė diagrama RLS antenų konstrukcijos Pagal savo konstrukciją RLS antenos gali būti suskirstytos taip: ruporinės antenos; veidrodinės antenos; plyšinės antenos. Panagrinėsime jas detaliau Ruporinės antenos Ruporą sudaro platėjantis bangolaidis. Šis platėjimas padeda išvengti bangos atspindžio nuo atviro bangolaidžio krašto. Platėti bangolaidis gali E vektoriaus plokštumoje. Toks ruporas vadinasi E- 36

37 sektoriaus ruporu. H plokštumoje platėjantis ruporas vadinsis H- sektoriaus ruporu. Esant nedideliam platėjimui, ruporas nedaug skirsis nuo tiesaus bangolaidžio ir bus žymus atspindys nuo ruporo galo. Ir atvirkščiai, jei ruporo platėjimas labai staigus, bus žymus atspindys nuo ruporo platėjimo pradžios. Maksimalus naudingumo koeficientas bus esant tam tikram ruporo platėjimui. Įvairių ruporų konstrukcijos parodytos 11 pav. b B E r b h a) E-sektoriaus ruporas a B r H a h b) H-sektoriaus ruporas 11 pav. Ruporinių antenų konstrukcijos Čia parodyti ruporinių antenų optimalūs matmenys bei jų kryptinės diagramos plotis. E-sektoriaus ruporas: 37

38 b = 3,5 λ h; E λ = 56 ; b (53) H-sektoriaus ruporas a = H 3,0 λ h; λ = 80. a Ruporinės antenos šiais laikais retai naudojamos kaip RLS antenos. Dažniausiai jos naudojamos kaip spinduliuotuvai veidrodinėse antenose Veidrodinės antenos Veidrodinių antenų darbo principas yra toks pat kaip ir fokusuojančiųjų veidrodžių. Tokios sistemos pavyzdys parodytas 12 pav. Jei paimsime sferinį veidrodį ir nukreipsime į jį lygiagrečių šviesos spindulių srautą, tai šie spinduliai, atsispindėję nuo sferinio paviršiaus, susifokusuos taške F, kuris vadinamas veidrodžio fokusu. 12 pav. Veidrodinės antenos darbo principas Jei padarysime atvirkščiai ir į tašką F įtaisysime taškinį šviesos šaltinį, tai iš tokio veidrodžio išeis lygiagrečių šviesos spindulių srautas. Tokiu pat principu veikia ir veidrodinės antenos. Skirtumai nuo optinių veidrodžių yra tokie. Antenų paviršiai daromi ne veidrodiniu paviršiumi, o iš laidaus elektrai tinklelio, kurio 38

39 tarpeliai tarp laidų gerokai mažesni nei bangos ilgis h << λ. Toks tinklelis atspindi elektromagnetines bangas lygiai taip pat gerai, kaip ir šviesą veidrodis. Taigi pasiekiami du efektai: antena tampa lengvesnė ir sumažėja antenos pasipriešinimas vėjui. Antrasis efektas labai svarbus, kadangi RLS antenos stovi lauke ir reikia vengti burės efekto. Kita aplinkybė, skirianti optinius veidrodžius nuo RLS antenų, yra ta, kad RLS antenų kryptinė diagrama turi būti siaura tik horizontalioje plokštumoje, o vertikalioje plokštumoje kryptinė diagrama turi būti plati, tai užtikrina efektyvią radiolokacinę apžvalgą (13 14 pav.). 13 pav. RLS antenos kryptinė diagrama horizontalioje plokštumoje (siaura kryptinė diagrama) 14 pav. RLS antenos kryptinė diagrama vertikalioje plokštumoje (konsekansinė kryptinė diagrama) 15 pav. parodyta RLS apžvalgos zona. 39

40 15 pav. RLS apžvalgos zona Čia Θ vir viršutinė akloji zona, RLS negali matyti taikinių (orlaivių) tiesiai virš savęs; Θ ap apatinė akloji zona, RLS negali matyti labai žemai skrendančių taikinių; Θ ef efektyvios apžvalgos zona. Norint pasiekti efektyviausią apžvalgos zoną, RLS antenos daromos tokios formos: žiūrint iš viršaus antena turi sukinio parabolės formą, o žiūrint iš šono turi sukinio hiperbolės formą. Sukinio parabolė užtikrina siaurą kryptinę diagramą horizontalioje plokštumoje. Kyla klausimas, kodėl ne sferinis paviršius, juk būtent sferinis veidrodis duoda siaurą kryptinę diagramą. Tačiau realiai sferiniame veidrodyje negauname absoliučiai siauros kryptinės diagramos dėl kraštinių efektų. Kadangi veidrodis turi pakraštį, tai bangos už jo užlinksta, ir tai sugadina siaurą kryptinę diagramą. Daug siauresnė diagrama gaunama, kai veidrodis daromas sukinio parabolės formos. Na, o sukinio hiperbolės veidrodis apskaičiuotas plačiai kryptinei diagramai gauti. Kartais daromi dvigubi veidrodžiai, taip sutaupoma antenai skirta vieta. Tokios antenos pavyzdys parodytas 16 pav. Veidrodžio apspinduliavimas vykdomas visada iš ruporinės antenos, taip daroma dėl to, kad ruporas yra efektyviausia spinduliuojanti sistema. 40

41 parabolė hiperbolė 16 pav. Dvigubo veidrodžio antena Plyšinės antenos Plyšinės antenos darbo principas paremtas bangų difrakcija. Plyšinės antenos sudaromos dviem būdais: sudaroma bangolaidžių grupė, juose vienodais atstumais padaromos skylutės ir dėl difrakcijos susidaro kryptis su maksimaliu ir minimaliu bangų sklidimu. tokį pat efektą galime gauti, jei iš bangolaidžio vienodais atstumais išvedami vibratoriai. Dėl difrakcijos taip pat gaunamos maksimalios ir minimalios bangų sklidimo kryptys. Panagrinėsime, kaip gaunamos maksimalaus sklidimo kryptys. Tarkime, turime bangolaidį su plyšiais, atstumas tarp kurių yra difrakcinės gardelės žingsnis d (17 pav.). Jei d = nλ (kartotinis bangos ilgiui), tai bangos, pasiekusios visus plyšius, turi tą pačią fazę. Pradžioje panagrinėsime, kaip vyksta bangų superpozicija tarp gretimų plyšių. Iš bangų teorijos žinoma, kad kiekvienas bangos taškas yra taškinis bangos šaltinis, jis skleis į visas puses sferinio fronto bangas. Kokios bangos sklidimo kryptimi α sklis iš plyšių A ir B? Kryptimi α sklis identiškos bangos tik jų fazės bus skirtingos, kadangi šios dvi bangos turi eigos skirtumą (AC 17 pav.): = AB sin α. (54) 41

42 17 pav. Plyšinės antenos darbo principai Kaip matyti, AB = d, tada = d sin α. (55) Jeigu šios dvi bangos turės eigos skirtumą = 0, tai bangos bus sinfazinės ir ta kryptimi turėsime sklidimo maksimumą. Tas pats bus, jei fazių skirtumas bus kartotinis 2π. Taip bus, jei eigos skirtumas bus kartotinis bangos ilgiui. Jei fazės skirtumas ϕ = (2n + 1)π (o taip bus, jei eigos skirtumas lygus nelyginiam pusbangių skaičiui), gausime priešingos fazės bangas su fazių skirtumu π. Tuo atveju eigos skirtumas bus: λ = ( 2n + 1). (56) 2 Tada bangos iš plyšių A ir B svyruos priešingomis fazėmis ir ta kryptimi turėsime bangų sklidimo minimumą. Jei nagrinėsime daug plyšių, pvz., 100, tai maksimumo kryptis bus labai siaura, nes minimumo sąlyga bus išpildoma ne tik gretimuose plyšiuose, bet ir kas antrame, kas trečiame ir t. t. plyšiuose. Dėl šios aplinkybės maksimumo zonos siaurėja. Taigi kryptys, ku- 42

43 riomis vyksta spinduliavimo maksimumas, gali būti randamos remiantis sąlyga: n λ = d sin α max. (57) Plyšinės antenos dažniausiai naudojamos antriniams radiolokatoriams. Šioms RLS reikalingos kelios kryptinės diagramos ir jas lengviau sudaryti su plyšinėmis antenomis. Jos naudojamos ir bortinėse RLS. Ypač svarbi plyšinių RLS antenų naudojimo sritis yra RLS su elektroniniu spindulių nuskaitymu. Elektroninis nuskaitymas reikalingas, kai labai svarbu visą laiką stebėti taikinį (veidrodinės antenos sukamos apie savo ašį, ir orlaivis kurį laiką yra nematomas RLS, t. y. kol antena nepadaro vieno apsisukimo). Elektroninis nuskaitymas vykdomas keičiant bangų sklidimo sąlygas antenos bangolaidyje. Žinomos medžiagos, kurių dielektrinė skvarba keičiasi priklausomai nuo elektrinio lauko, kuriame jos yra. Dėl to keičiasi šviesos greitis jose. Žinoma, kad fazinis šviesos greitis v f lygus: 1 v f =, (58) µ 0 ε0µε čia µµ 0 magnetinė aplinkos skvarba; εε 0 dielektrinė aplinkos skvarba. Bangos ilgis yra atstumas, kurį banga nusklinda per vieną radiosignalo svyravimo periodą: λ = T v f. Nuo pridėto elektrinio lauko keisis v f ir kartu λ, o tada keisis ir kryptys, kuriomis sklinda maksimalus spinduliavimas α max. Apskaičiuokime, koks bus erdvinio kampo, kuriame sklis elektromagnetinės bangos, dydis ϕ. Šį erdvinio kampo plotį galima apskaičiuoti pasinaudojant optikoje žinomais būdais. Tarkime, kad turime anteną, kurios plotis yra d 1. Eigos skirtumas, kuris lems pirmąjį spinduliavimo minimumą tarp plyšių, tarp kurių atstumas d 1 /2: 43

44 d 1 / 2 = sin Θ. Jei eigos skirtumas = λ/2, tai spinduliavimas tokia kryptimi bus = 0. Tai reiškia, kad ir spinduliavimo erdvinis kampas Θ bus toks: λ / 2 λ sin Θ Θ = =, d 1 / 2 d 1 čia d 1 antenos plotis azimuto kryptimi. Analogiškai vertikaliąja kryptimi kryptinės diagramos erdvinį kampą ϕ galima rasti: ϕ = čia d 2 antenos matmenys vertikaliąja kryptimi. Tada tokios antenos stiprinimo koeficientas bus: G = 4π Θ ϕ λ d 2, 4π d1 d = 2 λ 2 4πA =, 2 λ čia A antenos plotas. Taigi, remdamiesi tokiais samprotavimais, galime nesunkiai įvertinti kryptines diagramas įvairių konstrukcijų plyšinėms antenoms. Kaip rodo skaičiavimai, tokia formulė tinka ir veidrodinėms antenoms Bortinių radarų antenos Kadangi, kaip minėta, bortiniai radarai vykdo dvi funkcijas. Taigi joms reikia dviejų kryptinių diagramų. Reikia siauros kryptinės diagramos, vykdant meteorologinės aplinkos stebėjimą. Tai vadinamoji pieštukinė kryptinė diagrama, kryptinės diagramos plotis vertikalioje ir horizontalioje plokštumoje yra vienodas ir siauras. Vykdant navigacines funkcijas, reikalinga vadinamoji vėduoklinė kryptinė diagrama. Ji siaura horizontalioje plokštumoje ir plati vertikalioje 44

45 plokštumoje. Tačiau statyti dvi antenas orlaivyje neįmanoma, todėl reikalingas būdas, kad ta pati antena galėtų turėti abi kryptines diagramas. Tam naudojama veidrodinė antena, kurios priekinis ir užpakalinis paviršius turi du skirtingus profilius: priekinis sukinio hiperbolė vertikalioje plokštumoje ir sukinio parabolė horizontalioje, o užpakalinis paviršius sukinio parabolės abiejose plokštumose. Priekinis paviršius užtikrina vėduoklinę kryptinę diagramą, o užpakalinis pieštukinę. Dar reikia pakeisti bangos parametrą, kad ji atsispindėtų arba nuo priekinės, arba nuo galinės sienelės, o paviršius reikia apdoroti taip, kad jie atspindėtų šias bangas. 18 pav. parodyta tokios bortinės RLS scheminė konstrukcija. 18 pav. Bortinės RLS dviejų kryptinių diagramų antena Antenos korpusas daromas iš plastiko, jis laidus elektromagnetinėms bangoms. Priekinėje sienelėje priklijuojamos horizontalios juostelės. Nuo tokių juostelių atsispindi horizontaliai poliarizuotos bangos, elektrinio lauko stiprumo vektorius E horizontalus magnetinio lauko indukcijos vektoriui H, yra vertikalus ir statmenas juostelėms. Tik toks laukas H pagal elektromagnetinės indukcijos dėsnį sukels horizontaliose juostelėse elektrovaros jėgą, o ši sukels elektromagnetinių bangų atspindį. Užpakalinė antenos plokštuma ištisai 45

46 padengiama aliuminio folija. Nuo šios sienelės atsispindės tos bangos, kurios neatsispindės nuo priekinės. Tai vertikaliai poliarizuotos bangos. Jų H yra horizontalus, lygiagretus juostelėms ir dėl to tokios bangos nuo jų neatsispindi. Norint turėti dvi kryptines diagramas, reikia keisti plokščiai poliarizuotos bangos poliarizacijos plokštumos kryptį. Iš fizikos žinoma, kad tokią savybę turi feromagnetikai, įmagnetinti į vieną pusę jie pasuka į bangos poliarizacijos plokštumą tam tikru kampu viena kryptimi, o įmagnetinti į kitą pusę pasuka poliarizacijos plokštumą priešinga kryptimi. Parinkus feromagnetiką ir jo ilgį, galima pasiekti, kad permagnetinant poliarizacijos plokštuma pasisuktų 90 kampu. Antenos bangolaidyje įstatomas feromagnetikas 4 (18 pav.), o permagnetinimas vykdomas panaudojant ritę L. Ja paleidus srovę į vieną pusę, feromagnetikas permagnetinamas į vieną pusę, o paleidus į kitą, permagnetinamas atvirkščiai. Taip sukiojama poliarizacijos plokštuma Antenų parametrai Pagrindinė antenos charakteristika yra jos kryptinė diagrama. Veidrodinėms antenoms kryptingumas sutrinka dėl kraštinio efekto, plyšinių antenų kryptingumas priklauso nuo plyšių skaičiaus. Į tą patį antenos plotą galima sudėti tuo daugiau plyšių, kuo mažesnis yra bangos ilgis λ. Kraštinis efektas taip pat priklauso nuo santykio tarp antenos matmenų ir bangos ilgio (L antenos matmenys). Daugkartiniai skaičiavimai rodo, kad su nedidele paklaida galima apskaičiuoti kryptingumo diagramos plotį 0,5 P inmax lygyje, panaudojant formulę: λ α0,5 = 70, (59) L čia L antenos matmuo ta kryptimi, kuria skaičiuojama kryptinė diagrama. Pavyzdžiui, turime apskritą anteną su skersmeniu L = 63 cm ir bangos ilgį λ = 3 cm. Tada 46

47 3 α0,5 = 70 = 3,33. (60) 63 Kitas parametras, kartais naudojamas antenos energetiniam skaičiavimui, yra antenos stiprinimo koeficientas G A. Tai santykis siųstuvo galingumo, kurį reikėtų naudoti nekryptinėje antenoje, norint gauti tokį pat galingumą, koks bus kryptinės antenos maksimalaus spinduliavimo kryptimi: PNK G A =. P Empiriniai skaičiavimai antenai būtų tokie (juos jau buvome gavę anksčiau): čia A antenos plotas. G A K 4πA =, 2 λ 4.2. Antenų perjungikliai Naudojant tą pačią anteną pasiųsti zonduojantįjį impulsą ir priimti atsispindėjusįjį signalą, būtinas įrenginys antenos perjungiklis. Jis prijungtų anteną prie siųstuvo išėjimo, kai siunčiamas zonduojantysis signalas, ir prie imtuvo įėjimo, kai priimamas atsispindėjęs signalas. Tokį veiksmą galima būtų atlikti keliais būdais. Galima padaryti paprastą elektroninį komutatorių, kuris būtų sinchronizuotas su siųstuvo paleidimo impulsu ir junginėtų paeiliui siųstuvą ir imtuvą. Tačiau tokią sistemą realizuoti būtų gana sunku, nes signalai yra labai aukšto dažnio MHz eilės ir kokybiškai perjungti signalų paprasta reline sistema nepavyks, nes kiekvienas centimetro ilgio atsikišimas taptų antena ir spinduliavimui, ir priėmimui. Todėl daromi SAD komutatoriai, kuriuose panaudojama ta savybė, kad siųstuvo siunčiamo signalo galia yra milijonus kartų didesnė už atsispindėjusiojo ir priimamo signalo galią. Panaudojant šį skirtumą, daromi SAD diapazono antenos perjungikliai. 47

48 Antenosi perjungikliai būna lygiagretieji ir nuoseklieji. 19 ir 20 pav. pavaizduotos tokių perjungiklių schemos. 19 pav. Lygiagrečiojo antenos perjungiklio schema 20 pav. Nuosekliojo antenos perjungiklio schema Šiuose perjungikliuose panaudojami dujiniai iškrovikliai. Jų kontaktuose atsiradus didelei įtampai, užsidega dujinė iškrova ir jų varža tampa artima 0. Ši didelė įtampa atsiranda, kai į perjungiklio schemą patenka galingas signalas iš siųstuvo. 48

49 Be to, šiuose perjungikliuose panaudojami iš banginės technikos žinomi dėsningumai. Žinoma, kad dvilaidės linijos atkarpų įėjimo varža priklausys nuo atkarpos ilgio, linijos banginės varžos ir nuo atkarpos apkrovos varžos. Jei tai atkarpa, kurios ilgis yra lygus sveikajam signalo pusbangių skaičiui, tai įėjimo varža lygi apkrovos varžai z ij = z ap. Jei tai atkarpa, kurios ilgis lygus nelyginiam ketvirtbangio skaičiui, tai tokios atkarpos įėjimo varža lygi: z ij = 2 ρ z ap, čia ρ linijos banginė varža. Taigi matyti, kad jei linijos atkarpa turi λ/4 ilgį ir yra užtrumpinta (z ap = 0), tai banga tokia atkarpa nesklinda ir tokios atkarpos įėjimo varža z ij =. Jeigu tokia atkarpa turi gale nutrauktą grandinę, tai z ap =, o z ij = 0. Tai rodo, kad grandinė yra užtrumpinta. Jei turima λ/2 ilgio atkarpa, tai signalas ja sklinda be apribojimo, nes srovės bus tos pačios, ar z ap prijungta prie siųstuvo išėjimo, ar prie linijos už λ/2. Ši banginių linijų savybė panaudojama antenų perjungikliuose. 19 pav. parodytas lygiagretusis perjungiklis. Jame, kaip komutuojantieji elementai naudojami dujiniai kibirkštiniai iškrovikliai. Kai įtampos skirtumas tarp jų galų pasiekia tam tikrą dydį, šoka kibirkštis, ir jis tampa trumpai jungtas. Kai įtampa krinta, kibirkštis užgęsta, jo varža tampa. Lygiagrečiame perjungiklyje, kai siųstuvas į anteną siunčia zonduojantįjį impulsą, šoka kibirkštis ir abu iškrovikliai užsitrumpina, tuomet taškų 1-1 ir 4-4 r 44 = r 11 = 0. Tada banga netrukdoma patenka į anteną, nes r ij22 ir r ij33 trumpinimo kryptimi bus. Linijoje 4-4 esantis iškroviklis užtrumpina imtuvo įėjimą ir neleidžia zonduojančiajam signalui patekti į imtuvą. Toks didelis signalas, kuriam laikui išvestų imtuvą iš rikiuotės. Kai RSL priima atsispindėjusį signalą, iškrovikliai užgesę ir signalas patenka į imtuvą, o į siųstuvą šis signalas nesklinda, nes r 11 =, tada r ij22 = 0, r ij33 siųstuvo kryptimi bus.tuo tarpu šis signalas laisvai sklis į imtuvą (nėra jokių trumpinimų). 49

50 20 pav. parodytas nuoseklusis perjungiklis. Šiuo atveju, kai siunčiamas galingas signalas ir kibirkštiniai iškrovikliai užsidegę 1-1, iškroviklis praleidžia signalą iš siųstuvo į anteną dėl to, kad r 44 = 0, r ij22 = imtuvo kryptimi. Kai priimamas signalas, kibirkštiniai iškrovikliai užgesę, tada r 11 = siųstuvas atjungtas ir visas priimtas signalas netrukdomai patenka į imtuvą. Šie antenų perjungikliai yra rezonansiniai, t. y. atkarpų ilgiai λ/2, λ/4 atitiks tik tam tikrą signalo dažnį. Jei RLS dirba keliais dažniais, tokios atskyrimo grandys padaromos keliose vietose, atstumai λ/2, λ/4 parenkami skirtingiems darbo dažniams. Magnetiniai cirkuliatoriai Tai viena iš anteninių perjungiklių rūšių, kurių veikimas remiasi elektromagnetinio lauko sąveika su feritais. Kaip minėta kalbant apie dviejų kryptinių diagramų antenas, reikėjo pasukti poliarizacijos plokštumą. Ji buvo pasukama dėl to, kad skirtingų krypčių cirkuliacinės poliarizacijos bangos praeidavo feritą skirtingais greičiais, o dėl to pasikeisdavo išeinančiojo elektromagnetinio lauko fazės. Taip pat yra ir magnetiniuose cirkuliatoriuose. Jo viena bangolaidžio sienelė apklijuojama ferito sluoksniu ir jis dedamas į pastovųjį magnetinį lauką. Tada vyksta toks procesas: į vieną pusę einančios elektromagnetinės bangos pakeičia savo fazę dėl sąveikos su feritu, o į kitą pusę einančios bangos fazės nekeičia (21 pav.). ϕ priklauso nuo H ir l 21 pav. Magnetinio fazės keitiklio schema (magneto ilgio). 50

51 Tokio cirkuliatoriaus konstrukcija parodyta 22 pav. 22 pav. Magnetinio cirkuliatoriaus schema Čia parodytų bangolaidžių savybės yra tokios: 1) galia, išeinanti iš K įėjimo (nuo siųstuvo) pasidalija 1 ir 2 bangolaidžius į du vienodus pagal galią (P) ir fazę (ϕ) signalus; 2) galia, įeinanti į E įėjimą (į imtuvą įeinantis atsispindėjęs signalas) susisumuoja iš signalų 1 ir 2 bangolaidyje. Dėl fazių pasikeitimų bangolaidžiuose nenulinis signalas po sumavimosi gaunamas tada, kai tuose bangolaidžiuose fazės priešingos, o jų galingumai palaikomi vienodi, P 1 = P 2 ir ϕ 1 = +90, bei ϕ 2 = 90 ; 3) perėjimai A-B bei D-C duoda fazės atsilikimą 90 ; 4) C-B ir D-A perėjimuose fazės postūmis lygus 0 ; 5) fazė kinta dydžiu +90, einant parodytomis 22 pav. kryptimis F ir Z, o einant signalui į priešingą pusę, ϕ = 0, t. y. nekinta. 23 pav. parodyta, kaip bangos sklinda ir kaip jos sąveikauja, esant įvairiems bangų sklidimo variantams. 51

52 23 pav. Elektromagnetinių bangų sąveika magnetiniame cirkuliatoriuje Cirkuliatoriaus konstrukcija susideda iš 3 bangolaidžių. Per bangolaidį E signalas siunčiamas į imtuvą. Jo gale yra dujinis iškroviklis, kuris uždegamas, kai įjungtas siųstuvas (išorinis valdymas), bangolaidžiai 1 ir 2 užtikrina elektromagnetinių bangų praėjimą iš siųstuvo į anteną arba iš antenos į imtuvą. Abiejuose yra priklijuoti feromagnetai ir įdėti į išorinį nuolatinį magnetinį lauką (magnetas). Išėjimai yra tokie: E į imtuvą, į anteną; į galios sugėriklį, jame sugeriamos elekromagnetinės bangos, kurios atsispindi įvairiuose bangolaidžio netolygumuose arba nuo imtuvo dujinio iškroviklio. Signalų kelias parodytas 23 pav.: 52

53 a) kai dirba siųstuvas P s = P i ; b) parodytas elekromagnetinių bangų kelias, kai bangos atsispindi nuo dujinio iškroviklio imtuvo įėjime; c) atsispindėjusio nuo taikinio signalo kelias iš antenos į imtuvą. Panagrinėsime įvairius variantus: a) spinduliuojant siųstuvui iš K, įėjimo signalo fazė kanale 1 nekinta, o kanale 2 pasikeičia +90. Signalas, praeidamas iš A į B, pakeičia savo fazę 90, o signalas, ateinantis iš taško C, fazę pakeičia +90. Šie du signalai vienas kitą kompensuoja, o nekompensuota signalo dalis sugeriama sugėriklyje. Taške D signalai iš 1 ir 2 kanalų susisumuoja, nes tarpelyje C-D fazė pakinta 90, o kadangi taške C buvo +90, tai bus ϕ = 0, o 1 ir 2 kanalų signalų fazės ϕ = 0 sutampa, taigi signalai sumuojasi ir praeina į anteną; b) dalis signalo iš siųstuvo patenka į E imtuvo kanalą, bet ten dega dujinis iškroviklis ir signalas trumpinamas. Nuo iškroviklio signalas atsispindi ir į 1 patenka su faze +90, o į 2 su 90. Kaip ir matyti (23 pav., b). 1 kanale lieka ϕ = +90, o 2-ame pavirsta ϕ = 0, nes jame fazės pokytis +90, o toliau kaip 23 pav., taške D signalai kompensuojasi, o taške B signalai absorbuojami; c) grįžta atsispindėjęs signalas, dujinis iškroviklis užgesęs. 1 kanale ϕ = +90, tarp D-C ϕ = 90, iš 1 ir 2 kanalo signalai į E įėjimą patenka su fazėmis +90 ir 90. Kadangi E kanale abiejų signalų fazė verčiama viename įėjime +90, kitame 90, tai, fazę apvertus, jų ϕ = 0 ir signalai sumuojasi. Taigi gaunama, kad siųstuvui dirbant signalas eina siųstuvas antena, o priimant signalą gaunamas praėjimas nuo antenos į imtuvą Siųstuvai Siųstuvas tai radiolokacijos stoties dalis, generuojanti didelės galios ir superaukšto dažnio impulsus, kurie per anteną siunčiami į eterį kaip zonduojantieji signalai, o atsispindėję yra priimami imtuvo. 53

54 Taigi siųstuvas yra viena iš svarbiausių RLS dalių, nes nuo jo galios ir signalų formos priklauso RLS veikimo nuotolis ir skiriamoji geba. Siųstuvų išėjimo įtampa turi turėti tokią formą (24 pav.). 24 pav. Siųstuvo generuojamų signalų diagramos Radiolokacinėse stotyse naudojamuose siųstuvuose taikomi dviejų rūšių darbo principai, dėl to galimos dvi struktūrinės schemos. Vienu atveju aukšto dažnio generatorius paleidžiamas siunčiant aukštavoltį impulsą į jo maitinimą ir jis generuoja superaukšto dažnio signalą (SAD). Jis generuojamas, kol į jo maitinimą tiekiama impulso formos įtampa (26 pav.). Šį impulsą formuoja įrenginys, vadinamas moduliatoriumi. Impulso trukmę ir formą nustato įrenginys, vadinamas pirminiu moduliatoriumi. Tokio siųstuvo schema parodyta 25 pav. Pirminis moduliatorius suformuoja impulsą, kurio trukmė τ i yra lygi būsimo zonduojančiojo impulso trukmei. Jo impulsas turi moduliatoriaus išėjimo impulso formą. Moduliatorius suformuoja impulsą, kurio amplitudė ir galia gerokai viršija pirminio moduliatoriaus impulso amplitudę ir galią, tačiau atkartoja pirminio moduliatoriaus formą. Pasikartojimo dažnį nustato sinchronizacijos impulsai: SAD generatorius gavęs aukštavoltį maitinimą, pats susižadina ir jo išėjime atsiranda galingas SAD impulsas, kuris per anteninį perjungiklį (AP) siunčiamas į anteną. 54

55 25 pav. Vienalaipsnio siųstuvo struktūrinė schema 26 pav. Moduliatoriaus įtampų laikinė diagrama 25 pav. siųstuvo schema vadinama vieno laipsnio siųstuvo schema. Tokia schema paprastai naudojama, kai SAD generatorius yra prietaisas, vadinamas magnetronu. 55

56 Kita galima siųstuvo struktūrinė schema skirta siųstuvams, kurie dirba išorinio sužadinimo režimu, tai vadinamieji daugialaipsniai siųstuvai (27 pav.). 27 pav. Daugialaipsnio siųstuvo struktūrinė schema Pirminis generatorius (PG) tai aukšto stabilumo autogeneratorius, generuojantis aukšto dažnio ir labai stabilaus dažnio sinusinius signalus. Dažnis stabilizuojamas kvarciniu rezonatoriumi, įdėtu į termostatą. Dažnio daugintuve virpesių dažnis dauginamas. Tai daroma todėl, kad kvarciniai rezonatoriai turi gerokai mažesnį rezonansinį dažnį, nei reikia radiolokacijos tikslams. Radiolokacijoje naudojamos tokio dažnio bangos: decimetrinės bangos λ = n 10 cm; f z = n MHz; centimetrinės bangos λ = n 1 cm; f z = n 10 GHz; milimetrinės bangos λ = n 1,0 mm; f z = n 100 GHz; Tuo tarpu kvarcinių rezonatorių rezonansinis dažnis paprastai n 10 MHz eilės rezonansinis dažnis. Dažnio daugintuve formuojamas atraminis tarpinio dažnio signalas (naudojamas kaip fazinio detektoriaus atraminis signalas). Taip pat čia formuojamas ir heterodino si- 56

57 gnalas. Jis lygus f H = f z ± f T. Impulsinė signalo moduliacija vykdoma galios stiprintuve ir galiniame galios stiprintuvo laipsnyje. Jei tai lempinė schema, tai vykdoma anodinė moduliacija, pertraukinėjant anodinę srovę, tiekiant valdančiąją įtampą į lempos, pvz., į pentodo tinklelį. Jei tai schema su kietojo kūno prietaisais (tranzistorius) arba kitais elektroniniais prietaisais, kai stiprinamas signalas, sklindantis bangos pavidalu, tuomet moduliacija vyksta kaip ir magnetrone tiekiant aukštavoltę įtampą impulsais, kaip maitinimo įtampą (maitinimo įtampa yra signalas išėjime, kai nėra maitinimo įtampos signalo). Palyginkime šių dviejų tipų siųstuvus. Vienalaipsnių siųstuvų teigiama pusė maži gabaritai, didelis naudingumo koeficientas, o neigiama nedidelis dažnio stabilumas. Daugialaipsnių siųstuvų teigiama pusė didelis dažnio stabilumas, išėjime turima f Z, f H bei f T, o neigiama pusė dideli gabaritai Siųstuvų parametrai Siųstuvų pagrindiniai parametrai yra tokie: Spinduliuojama galia skiriama į vidutinę ir impulsinę galią. P i impulsinė galia tai galingumas, spinduliuojamas impulso metu. P vid vidutinė galia: T i p() t dt P 0 vid = Ti 57, (61) čia T i zonduojančiojo impulso pasikartojimo periodas; p(t) momentinė galia laiko momentu t. Kai impulsai stačiakampiai, P vid = P i τ i F i, čia P i impulsinė galia; τ i impulso trukmė; F i pasikartojimo dažnis. Kitas siųstuvų parametras yra dažnio derinimo diapazonas. Jis nustatomas procentais:

58 f f z z vid 100 % = 1 10 %. (62) Dažnio stabilumas. Dažnį destabilizuoja temperatūra maitinimo įtampų svyravimas, apkrovimo kaita ir t. t. Todėl taikomi šie parametrai: temperatūrinio dažnio stabilumo koeficientas: f kt = ; (63) T maitinimo įtampų ir srovių dažnio stabilumo koeficientas: f f km = ; km =. (64) Ia Ua Naudingumo koeficientas yra vienas iš svarbiausių siųstuvo parametrų: η = P vid, (65) P čia P Σ visa siųstuvo sunaudojama galia. Σ SAD generavimas Daugelyje lėktuvinių bei antžeminių radarų naudojama vienalaipsninė siųstuvo schema. Kaip generatorius naudojamas prietaisas magnetronas Magnetronas Magnetronas tai elektrovakuuminis prietaisas. Konstruktyviai jis sudarytas kaip apvalus diodas, jame tarp anodo ir katodo veikia statmeni vienas kitam magnetinis ir elektrinis laukas. Schematiškai magnetroną galima būtų pavaizduoti taip, kaip parodyta 28 pav. 58

59 28 pav. Magnetrono konstrukcija Elektronai išlekia iš įkaitinto katodo ir veikiami anodinio elektrinio lauko U A skrieja anodo link. Kadangi elektronas skrieja magnetiniame lauke, jį pradeda veikti Lorenco jėga: = e [ v B], (66) F L čia F L Lorenco jėga; e elektrono krūvis; B magnetinio lauko indukcija; v elektrono greitis. Lorenco jėga savo kryptimi yra statmena v ir B. Pagal vektorinės sandaugos taisykles rasime F L absoliutųjį dydį. F L = e v B sin α. (67) Jei situacija tokia kaip magnetrone α = 90, tada: = e v B. (68) F L 59

60 Jei v būtų pastovus, o B yra pastovus B = const, tai F L = const. ir F L v. Tokia jėga nekeičia greičio absoliučiojo dydžio, bet keičia jo kryptį. Toks elektronas lekia apskritimu, kurio spindulį rasime iš sąlygos, kad F L = F ic. Nagrinėjamoje sistemoje Lorenco jėga tai įcentrinė jėga. Ji lygi (r elektrono judėjimo kreivumo spindulys). Tada 2 mv F ic = ; (69) r mv Fic = FL ; = evb; r mv 2πr 2πm r = ; T = =. eb v eb Taigi gavome labai svarbią elektrono judėjimo magnetiniame ir elektriniame lauke savybę elektrono apsisukimo periodas nepriklauso nuo jo greičio. Tai lėmė magnetrono sukūrimą. Visi elektronai magnetrone sukasi tuo pačiu periodu. Tokia situacija bus tol, kol elektromagnetinis laukas, kurį sukurs patys besisukantys elektronai, bus silpnas. Jei jis sustiprės, o taip bus jei E ir elektros srovė magnetrone bus didelė, tai pats elektromagnetinis laukas ims veikti į elektronų srautą magnetrone. Šis elektromagnetinis laukas gali greitinti elektronus magnetrone, tada elektronų srautas ims energiją iš lauko. Gali ir lėtinti elektronus, tada elektronų srautas atiduoda energiją laukui. Tokia elektromagnetino lauko sąveika su elektronų srautu lemia tai, kad elektronų srautas tampa sumoduliuotu erdvėje, nes elektromagnetinis laukas dalį elektronų pagreitina, dalį sulėtina, ir elektronų pasiskirstymas magnetrono erdvėje tampa toks kaip parodyta 29 pav. 2 60

61 29 pav. Elektronų judėjimas magnetrono erdvėje Elektronai susipakuoja tokiais atskirais spinduliais. Šie spinduliai sukasi tam tikru greičiu periodu T. Tokių spindulių kiekis yra lygus pusei rezonatorių skaičiaus magnetrone. Kai toks spindulys besisukdamas pataiko į rezonatoriaus erdvę, jis atiduoda jam dalį savo energijos (nes pereina erdvinį lauko netolygumą). Toliau vienoje iš rezonansinių kamerų įvedama kilpa, kurioje sužadintas elektromagnetinis laukas išvedamas į bangolaidį. Magnetronas veikia autosvyravimų režimu, jo dažnis priklauso nuo kamerų rezonansinio dažnio bei magnetinio ir anodinio lauko stiprumo. Svyravimai sužadinami, kai į magnetroną tiekiama anodinė įtampa, t. y. aukštavoltis impulsas. Ne visi elektronai pasiekia anodą. Gana didelė jų dalis išskridusi iš katodo magnetiniame lauke apsisuka ir vėl grįžta į katodą, atiduoda jam savo energiją ir jį kaitina. Taip katodas gali perkaisti, dėl to jo darbo trukmė sumažės. Todėl, įjungus anodinę įtampą, katodo kaitinimas sumažinamas arba visai išjungiamas. Kadangi magnetrono anodas yra labai arti pastoviojo magneto, o į jį reikia tiekti labai aukštą įtampą, tai jį sunku izoliuoti. Todėl paprastai anodas prijungiamas prie žemės, o į katodą tiekiama aukšta neigiama įtampa. Katodas yra izoliuotas, taip pat izoliuojamas ir kaitinimo transformatorius. 61

62 Magnetrono darbo režimai Panagrinėsime, kokie procesai vyksta tiekiant anodinę įtampą į magnetroną. Visą procesą galima suskirstyti į 8 etapus (30 pav.) 30 pav. Magnetrono darbo etapai Magnetrono generacija prasideda, kai anodinė įtampa pasiekia 0,6 U Anom nominaliosios įtampos lygį. Todėl pirmajame etape generacija nevyksta ir šio etapo įtampa gali kilti bet kokiu greičiu. Tačiau labai užtęsti šio etapo negalima, kadangi dėl to kaista moduliatorius, jame eikvojasi energija. 62

63 Antrajame etape įtampos kilimas negali būti nei per greitas, nei per lėtas, nes jame turi spėti prasidėti autosvyravimai. Rekomenduojamas fronto statumas šiame etape kv/µs. Šis įtampos kilimo greitis priklauso nuo magnetrono bangos ilgio: 80 kv/µs decimetriniams magnetronams; 230 kv/µs milimetriniams magnetronams. Kai atsiranda virpesiai, įtampos šuolis turi būti staigus, kadangi dabar formuojamas generuojamo zonduojančiojo SAD impulso frontas (trečiasis etapas), jis turi būti kuo statesnis, nes tai lemia RLS tikslumą pagal nuotolį. Ketvirtasis etapas tai zonduojančiojo impulso viršūnės formavimas. Jos plokštumas lemia ne tik impulso viršūnės plokštumą, bet ir zonduojančiojo impulso dažnio stabilumą. Todėl U A impulso plokštumas turi neviršyti 5 % U Amax. Penktasis etapas turi būti kuo statesnis, nes nuo jo priklauso zonduojančiojo impulso užpakalinio fronto statumas. Šeštajame etape greitis nesvarbus, nes generavimo jau nėra, bet statumas neturėtų būti per didelis, nes nuo jo priklauso užpakaliniai išmetimai. Nuo teigiamo įtampos išmetimo gali atsirasti naujas generavimas arba triukšmas, o tai nenaudinga Magnetronų dažnių stabilizavimas arba dažnio keitimas Magnetrono dažnio stabilumas yra viena iš svarbiausių siųstuvo darbo ypatybių. Dažnis priklauso nuo anodinės įtampos, temperatūros ir apkrovos. Todėl prie kiekvieno magnetrono būtina sistema dažniui derinti. Dažnis keičiamas tokiais būdais: keičiant rezonansinės sistemos parametrus; keičiant darbo režimą; keičiant apkrovas. Rezonansinės sistemos parametrus galima keisti mechaniniu ir elektroniniu būdu. 63

64 Mechaniniu būdu dažnis keičiamas įvedant į rezonansines kameras strypus taip padidinamas rezonansinės sistemos induktyvumas, arba pasukant jose esančias plokšteles, tada didinamas sistemos talpumas. Yra ir elektroninis būdas: rezonansinėse kamerose įrengiami elektrovakuuminiai diodai, elektronų pluoštelis, keičiant jo intensyvumą keičia ir rezonansinių kamerų parametrus ir jų rezonansinius dažnius. Mechaninio būdo teigiama pusė didelis dažnio kitimo diapazonas iki 15 %, neigiama pusė mažas greitaeigiškumas. Elektroninio būdo teigiama pusė didelis greitaeigiškumas, neigiama pusė mažas kitimo diapazonas (0,1 0,2 %). Kitas elektrinis dažnio keitimas yra elektrinis darbo režimo, anodinės srovės bei įtampos keitimas. Keičiant darbo režimą, keičiasi ir magnetrono dažnis. Šio būdo teigiama pusė greitaeigiškumas, neigama gana stipriai keičiantis darbo režimui, gaunamas labai mažas naudingumo koeficientas. Praktinė šio paskutinio dažnio keitimo ir reguliavimo sistema parodyta 31 pav. 31 pav. Elektroninė magnetrono dažnio derinimo sistema Anodinę įtampą valdantis elementas yra droselis (Dr). Per droselio valdančiąja apviją leidžiama nuolatinė srovė, dėl to keičiasi droselio magnetinė skvarba µ. Ritės induktyvumas yra lygus: 64

65 µ 0 µ N S L = k, (70) e čia N droselio vijų skaičius; S ritės skerspjūvio plotis; e ritės ilgis; k koeficientas, priklausantis nuo s/l (nuo šerdies ploto ir ilgio santykio); µ droselio šerdies magnetinė skvarba. Kintant droselio induktyvumui, keičiasi droselio varža kintamajai srovei z dr 2 = 2πfL. Taigi keičiant L, keičiasi aukštavoltį lygintuvą maitinanti srovė ir įtampa. Taigi keičiasi magnetrono darbo režimas ir dėl to kinta magnetrono dažnis. Taigi keičiant U V valdymo įtampą, keisis f Z. Taip vyksta derinimas Moduliatoriai Impulsinėse RLS moduliatoriai formuoja trumpus aukštavolčius impulsus, paleidžiančius magnetroną bei pagalbinius startinius impulsus valdančius ir sinchronizuojančius kitus įrenginius. Dažniausiai (bet ne visada) moduliatoriai susideda iš pirminio ir pagrindinio moduliatorių. Pirminis formuoja impulsą pagal trukmę ir formą (stačiakampį), o pagrindinis moduliatorius pagal galią (aukštavoltį impulsą su pakankama srove). Visų moduliatorių darbo principas paremtas tuo, kad iš pradžių energija kaupiama, o vėliau per trumpą τ i tarpelį panaudojama formuojant aukštavoltį galingą impulsą. Kaupiantieji elementai būna kondensatoriai arba ilgos formuojančios vėlinimo linijos. Moduliatoriaus išėjimo impulsui keliami tokie reikalavimai: viršūnės kritimas ne didesnis nei U max 0,05 U max ; priekinio fronto trukmė τ f 0,1 τ i ; užpakalinio fronto trukmė τ fu 0,2 τ i ; τ i paprastai (n 0,1 n 1,0) µs. Struktūrinė moduliatoriaus schema parodyta 32 pav. 65

66 32 pav. Moduliatoriaus struktūrinė schema. Čia SB sinchroblokas; P. Mod. pirminis moduliatorius; Mod. moduliatorius Moduliatorių schemos Moduliatoriai būna sudaryti remiantis skirtingais energijos kaupimo principais. Patys paprasčiausi yra tokie, kuriuose kaupiantysis elementas yra kondensatorius (33 pav.). 33 pav. Iškraunamo kondensatoriaus moduliatorius Kai V1 uždarytas, C1 neišsikrauna, sinchroimpulsas atidaro V1 ir C1 išsikrauna per V1, R2, (MG) magnetronas, L3 ir C1 įtampa prisideda prie MG. Išsikrovimo laiką, o kartu ir τ i, lemia R2. Kai V1 už- 66

67 sidaro, C1 pradeda užsikraudinėti per grandinę: +, R1, C1, V1, L1, L2, žemė,. Schema vėl laukia sinchroimpulso, kuris atidarys V1. Tam, kad frontai būtų statesni, naudojamas nevisiško iškrovimo režimas. Tačiau bet kokiu atveju moduliatoriaus su C iškrovimu impulso viršūnė visada turės nuolydį. To išvengti galima tik vietoje C naudojant vėlinimo liniją Moduliatorius su visišku vėlinimo linijos iškrovimu 34 pav. Visiško vėlinimo linijos išsikrovimo moduliatorius Tokio moduliatoriaus schema parodyta 34 pav. Linija visiškai išsikrauna per 2τ vėl. Taip yra dėl to, kad linijos banginė varža parenkama ρ = R ap. Tokio sujungimo dėka įtampa pasidalija tarp linijos ir apkrovos pusiau, ir tokios U įj /2 įtampos šuolis nusklinda iki linijos galo, tada atsispindi ir skrisdamas atgal iškrauna visą vėlinimo liniją (VL). Iškrovimo srovė išsilaiko pastovi, o ant apkrovos varžos gerai susiformuoja plokščia viršūnė. Vėlinimo linijos iškrovimo schemą atidaro paleidimo schema. Sinchroimpulsai paleidžia paleidimo schemą, paprastai tai blokinggeneratorius elektroninė schema, kuri suformuoja tikslios impulso trukmės impulsą. Jis kartais dirba ir autosvyravimų režimu. Tokia schema dar vadinama pirminiu moduliatoriumi. Šis moduliatorius formuoja valdymo impulsą moduliatoriui ir valdymo impulsą kitiems 67

68 įrenginiams. Kai impulsas ateina į moduliatorių, jis atidaro komutatuojantįjį elementą aukšta įtampa iš kaupiančiojo elemento (vėlinimo linijos) per suderinantį transformatorių, paduodama į magnetrono katodą. Nagrinėjamame moduliatoriuje yra dar du elementai tai Dr1 ir diodas V1, kurie skirti padvigubinti vėlinimo linijos užkrovimo įtampą, palyginti su maitinimo įtampa E a. Šio efekto principas paaiškintas 35 pav., droselis Dr1 ir VL sudaro virpamąjį kontūrą, per jį VL turėtų užsikrauti kaip parodyta diagramoje punktyru. Kadangi schemoje yra diodas, jis neleidžia VL išsikrauti. Dėl to VL įsikrauna dviguba maitinimo įtampa diagramoje šis įkrovimas pažymėtas vientisa linija. 35 pav. Moduliatoriaus su VL išsikrovimu išėjimo įtampos laikinė diagrama bei įkrovimo ekvivalentinė schema 68

69 5. IMTUVAI 5.1. Judančių taikinių selekcija Prieš kalbant apie įvairias RLS imtuvų schemas, reikia aptarti labai svarbią imtuvų funkciją judančių taikinių (objektų) atskyrimą nuo nejudančių. Šią funkciją atlikti labai svarbu, nes aplink RLS visada yra daug stambių nejudančių objektų, kurie atspindi elektromagnetines bangas, o jos, patekusios į RLS anteną, sukelia atžymą indikatoriuje. Kadangi tokių objektų aplink RLS daug, tai jų atžymos labai užteršia indikatorių, apsunkina oro eismo stebėjimą. Atskirti judantį taikinį nuo nejudančio galima dviem būdais. Pirmasis būdas yra vadinamoji kasperiodinė kompensacija. Videosignalas po imtuvo išėjimo yra sulaikomas per RLS zonduojančiųjų impulsų pasikartojimo periodą T i ir tada šis impulsas atimamas iš tuo momentu esančio imtuvo išėjime, kaip parodyta 36 pav. Jei objektas nejuda, to momento videosignalas ir sulaikytasis τ vėl = T i, po RLS impulsų pasikartojimo periodo bus visiškai identiški, o juos atėmę, gausime nulį. Jei objektas juda, to momento impulsas ir sulaikytasis nesu- 36 pav. Kasperiodinės kompensacijos realizavimo schema taps laike ir jų atimties rezultatas nebus lygus nuliui. Indikatorius rodys tik judančius taikinius. Kitas būdas nustatyti, ar taikinys juda, yra Doplerio efekto panaudojimas. Radiosignalui su dažniu f z atsispindėjus nuo judančio objekto, pasikeičia dažnis dydžiu ± f D. Doplerio dažnio pokytis f D priklauso nuo objekto judėjimo greičio. 2vr f D =, λ čia v r radialinė greičio dedamoji; λ RLS bangos ilgis. 69

70 Radialinės greičio dedamosios apskaičiavimo principas parodytas 4 pav. Kaip matyti iš paveikslo: v r = v cosα. Įvertinkime Doplerio dažnio poslinkį realiam skrydžiui. Tarkime, turime tokius RLS ir skrydžio parametrus: 2 v = 720 km/h = 2 10 m/s; Kλ = 10 cm; K f r f D f f D z = 0, = = 4 10 = 1, Hz; %. z = MHz; Tokį mažą dažnio pokytį išmatuoti nėra techninių galimybių. Be to, tarpinio dažnio pokytis dėl f D taip pat bus labai mažo dydžio. Jo dalis bus 100 kartų didesnė nei f D /f z : f f D z = 1, %. Tačiau ir šiuo atveju santykinis f D pokytis labai mažas. Tokį pokytį galima išmatuoti tik matuojant tarpinio dažnio signalo fazės pokytį. Kai vieno ir kito signalo dažnis šiek tiek skiriasi, jų tarpusavio fazė vis slenka viena kitos atžvilgiu. Taigi matuojant šį fazės slinkimą galima nustatyti, ar esama Doplerio dažnio poslinkio. Tokiu principu veikiančios judančių taikinių selekcijos struktūrinė schema parodyta 37 pav. 37 pav. Judančių taikinių selekcijos sistemos struktūrinė schema: Imt imtuvas; M2 keitiklis; Siųst. siųstuvas 70

71 Į signalinį fazinio detektoriaus įėjimą siunčiamas imtuvo išėjimo signalas, kurio dažnis f T ± f D, o į atraminio signalo įėjimą siųstuvo signalas su pakeistu dažniu į f T. Jei palygintumėme šių dviejų signalų fazių skirtumo pokytį per periodą tarp impulsų, tai jis būtų lygus: ϕ = 2 πf D T i. Šis pokytis per kažkiek impulsų taps lygus 2π. Tokio fazės pokyčio periodas bus: 2π T M = T i. ϕ Išėjimo impulsai iš fazinio detektoriaus bus moduliuoti su šiuo periodu T M. Moduliacijos dažnis bus: ϕ F M = F i. 2π Kol ϕ π, įtampa FD išėjime didės, paskui mažės, o fazei dar padidėjus, sudetektuoto impulso amplitudė vėl didėja, t. y. situacija kartojasi. Kai T I = T D, tada ϕ = 2π, o F M = 0, nes abiejų signalų fazės sutaps, t. y. bus tas pats, kaip ir signalo nuo nejudančio objekto atveju. Taigi kai radialinis greitis didėja, f D taip pat didėja, tačiau moduliacijos dažnis iš pradžių didės, paskui mažės iki nulio, kai ϕ = 4π ir t. t. Panagrinėkime, koks gali būti maksimalus moduliacijos dažnis. Jei per impulsų pasikartojimo periodą fazė pasikeis 180 (t. y. π), tai bus maksimalus fazės pokyčio variantas. Tada F M bus lygus F i /2, tai ir bus maksimalus moduliacijos dažnis. Pagal jau nagrinėtą santykį tarp F M ir f D priklausomybė tarp šių dažnių parodyta 38 pav. 71

72 38 pav. Moduliacijos dažnio priklausomybė nuo Dolerio dažnio pokyčio Toks F M ir F D santykis bus, kai atraminį signalą su nekintama faze ir dažniu f T galime gauti iš siųstuvo. Signalą gali generuoti jau nagrinėti daugialaipsniai siųstuvai. Jeigu siųstuvas vienalaipsnis, tai atraminis signalas iš siųstuvo gali būti sukurtas atskirai kiekvienam sugeneruotam zonduojančiajam impulsui. Taigi fazės atraminio signalo fazė bus 0 kiekvieno pasiųsto zonduojančiojo impulso pradžioje. Turėsime atraminį signalą, turintį siųstuvo sugeneruoto signalo pradinę fazę, t. y. situacija bus analogiška daugialaipsnio siųstuvo sugeneruoto radioimpulso atvejui. Kadangi šiais dviem atvejais atraminiai signalai turi būti formuojami skirtingais būdais, tai ir RLS imtuvų konfigūracija bus skirtinga. Pagal tai RLS imtuvai ir pačios RLS skristomos: 1. Impulsinės RLS kai nėra tikrinamas Doplerio efekto atsiradimas. 2. Koherentinės RLS jos turi daugialaipsnį siųstuvą, kuriame suformuojamas atraminis signalas judančių taikinių selekcijai. 3. Pseudokoherentinės RLS jos turi vienalaipsnį siųstuvą ir atraminiam signalui suformuoti naudojama tam tikra schema. 72

73 5.2. Imtuvo struktūrinės schemos RLS imtuvų struktūrinė schema labai priklauso nuo to, kokio tipo RLS turime. Kaip jau minėta, jos yra trijų tipų. Pirmiausia panagrinėkime paprasčiausią impulsinės RLS imtuvą (39 pav.). 39 pav. Impulsinės RLS imtuvo struktūrinė schema Ši schema dirba taip. Atsispindėjęs nuo orlaivio signalas priimamas antena (A) ir per anteninį perjungiklį (AP) patenka į aukštojo dažnio stiprintuvą (ADS). Jame signalai sustiprinami ir siunčiami į maišiklį M. Į maišiklį taip pat patenka ir heterodino signalas. Heterodinas tai aukštojo dažnio generatorius, kurio dažnis f H skiriasi nuo siųstuvo dažnio F z tarpiniu dažniu f T : ft = fz fh. Šioje schemoje panaudoti tokie žymėjimai ir sutrumpinimai: A antena; ADS aukšto dažnio stiprintuvas; AP autentinis perjungiklis; 73

74 D detektorius; DD dažnio detektorius; H heterodinas; M signalo maišiklis; Μ2 dažnio derinimo sistemos maišiklis; S siųstuvas; Sinchro sinchronizavimo blokas; TDS signalo tarpinio dažnio stiprintuvas; TDS2 dažnio derinimo sistemos TDS; Vald. S valdymo schema; VS videostiprintuvas. Į maišiklį padavus f Z ir f H, maišiklis išskiria tarpinio dažnio signalą, kuris stiprinamas tarpinio dažnio stiprintuvu (TDS). Šis stiprintuvas turi siaurą pralaidumo juostą, ir taip gerinamas santykis signalas triukšmas. Dažnio keitimas iš f z į f T reikalingas tam, kad būtų galima efektyviai filtruoti radiolokacinį signalą. Sustiprintas ir nufiltruotas signalas išdetektuojamas detektoriumi D. Gaunamas videosignalas. Tai signalas, neužpildytas tarpinio dažnio radiosignalu. Toliau videosignalas stiprinamas videostiprintuvu ir siunčiamas į indikatorių. Šioje schemoje yra dar viena labai svarbi sistema tai dažnio derinimo sistema. Kadangi tarpinio dažnio stiprintuvo pralaidumo juosta yra siaura, jei skirtumas (f z f H ) nebus stabilizuotas, signalas per TDS nepraeis. Taigi dažnio derinimo sistema skirta tarpiniam dažniui stabilizuoti. Iš siųstuvo dalis išspinduliuoto galingumo (39 pav.) patenka į dažnio derinimo sistemos maišiklį (M2), kurio išėjime gaunamas tarpinio dažnio signalas. Jis sustiprinamas su TDS2. Tarpinio dažnio signalas siunčiamas į dažnio detektorių. Jo darbo algoritmas yra toks: U iš > 0, kai f T > f Tnom ; U iš < 0, kai f T < f Tnom ; U iš = 0, kai f T = f Tnom. Išėjimo įtampa priklauso nuo M2 išėjimo signalo dažnio. Dažnio detektoriaus įtampa siunčiama į valdymo schemą, kuri suformuoja valdantįjį signalą siųstuvo generatoriui (arba heterodinui). Ji pakeičia jų generuojamą dažnį taip, kad f T = f Tnom. 74

75 Toliau apžvelgsime koherentines RLS ir jų imtuvus Koherentinės RLS imtuvo struktūrinės schemos Koherentinės RLS struktūrinė schema Koherentinės radiolokacinės stotys gali turėti kelias siųstuvo schemos realizacijas. Dėl to galimi du imtuvo struktūrinės schemos variantai. Jei siųstuvas sudarytas remiantis dažnio daugintuvu, tai iš jo išeina trys signalai su dažniais f Z, f H ir f T. Visi jie turi tą pačią fazę, kadangi formuojami iš to paties pirminio generatoriaus. 40 pav. parodyta tokio imtuvo struktūrinė schema. 40 pav. Koherentinės RLS imtuvo struktūrinė schema (siųstuvas su dažnių daugintuvu) Heterodino signalas iš siųstuvo patenka į maišiklį. Signalas iš maišiklio, turintis dažnį f T, siunčiamas į tarpinio dažnio striprintuvą (TDS), iš jo į fazinį detektorių (FD). Fazinio detektoriaus atraminis signalas f T siunčiamas iš siųstuvo. Jei atsispindėjęs signalas turi Doplerio dažnio poslinkį (t. y. atsispindi nuo judančio orlaivio), videosignalas iš fazinio detektoriaus išeis su tam tikru moduliacijos dažniu. No- 75

76 rint nustatyti, ar skirsis gretimų impulsų dydis, galima atlikti periodinį atėmimą. Signalas sulaikomas T i periodo laiku ir atimamas iš tuo momentu atėjusio impulso. Jei taikinys nejuda, tai impulsai bus lygūs ir sumatoriaus išėjimą gausime 0. Jei juda, tai impulsai bus skirtingi ir sumatoriaus išėjime U iš 0, signalas matysis indikatoriuose. Kitas koherentinės RLS variantas parodytas 41 pav. Šiuo atveju skiriasi dažnių f Z, f H ir f T formavimo principai. 41 pav. Koherentinės RLS imtuvo struktūrinė schema (siųstuvas su maišikliniu dažnio keitimu) Turime du sinusinio signalo generatorius tai heterodinas ir tarpinio dažnio generatorius (koherentinis heterodinas). Zonduojantysis aukštadažnis signalas formuojamas maišiklyje M2 1. Visa kita schemos dalis atlikta kaip ir pirmame koherentinės RLS variante. 1 Zonduojančiojo dažnio f Z signalas išfiltruojamas filtre F. Galios stiprintuve GS vykdomas galios stiprinimas ir zonduojančiųjų impulsų formavimas. 76

77 Pseudokoherentinių RLS imtuvo struktūrinė schema Tokie imtuvai naudojami RLS, kuriose kaip SAD generatorius naudojamas magnetronas. Šiuo atveju zonduojantysis signalas generuojamas kiekvieną kartą atsitiktine faze kiekviename zonduojančiame impulse. Todėl norint gauti atraminį signalą faziniam detektoriui reikia suformuoti tarpinio dažnio signalą, kuris turėtų siųstuvo signalo fazę. 42 pav. Pseudokoherentinės RLS imtuvo struktūrinė schema. Tam panaudojama dalis siųstuvo siunčiamo signalo, jis nukreipiamas į silpnintuvą (ateniuatorių) ir čia susilpninamas. Šis siųstuvo signalas patenka į maišiklį M2, kuriame jį sumaišius su heterodinio signalu gauname tarpinio dažnio signalą, turintį siųstuvo signalo fazę. Šis signalas negali būti atraminiu signalu faziniam detektoriui, nes jis yra tik tuo momentu, kol signalą generuoja siųstuvas, o atraminis signalas imtuve turi būti tarp zonduojančiųjų impulsų, kai į 77

78 RLS ateina atsispindėję signalai. Norint gauti tokį signalą, naudojamas koherentinis heterodinas (KH). Šis prietaisas yra tarpinio dažnio generatorius, kuriam generuojamojo signalo fazę uždeda išorinis signalas, šiuo atveju į tarpinį dažnį pakeistas zonduojantysis siųstuvo suformuotas signalas. Iš koherentinio heterodino išeina siųstuvo fazės signalas. Ši fazė palaikoma iki kito siųstuvo suformuoto impulso. Fazinis detektorius sulygina atsispindėjusio nuo taikinio bei KH suformuotų signalų fazes ir signalą išdetektuoja. Jei atsispindėjęs signalas turi Doplerio dažnio poslinkį, gaunama išėjimo signalo moduliacija dažniu f M ir pagal tai atskiriami judantys taikiniai nuo nejudančių. Tai galima atlikti panaudojus anksčiau nagrinėtą kasperiodinio signalų atėmimo metodą RLS imtuvų sudedamosios dalys Balansinis maišiklis Maišiklis RLS imtuve reikalingas tam, kad pakeistų priimto signalo zonduojantįjį dažnį į tarpinį dažnį (gana dažnai jis lygus 30 MHz), daug patogesnį siaurajuosčiam stiprinimui ir detektavimui tiek amplitudiniu, tiek faziniu detektoriais. Balansinė maišiklio schema naudojama norint sumažinti heterodino triukšmą. 43 pav. Balansinio maišiklio schema 78

79 Šis maišiklis dirba taip. Iš antenos arba SAD stiprintuvo į rezonansinę kamerą patenka priimtas signalas. Kamera yra suderinta zonduojančiojo signalo dažniui f z, t. y. per jas neslopinamai pereina f z dažnio signalai, o visi kiti gretutinio dažnio signalai slopinami. Šios kameros rezonansinis dažnis derinamas keičiant jos tūrį varžtu. Signalas, atėjęs į įėjimą per kilpą, sužadina virpesius kameroje, šie virpesiai indukuoja EVJ kilpoje. Heterodino signalas U H siunčiamas į kilpą simetriškai, į skirtingus balansinio maišiklio pečius simetriškai. Signalai U H ir U ij sumaišomi dioduose V1 ir V2 (jie nustatomi į netiesinį režimą). Šis sumaišytas signalas patenka į rezonansinius kontūrus L1, C1, C3 ir L2, C2, C4. Juose išskiriamas tarpinio dažnio f T signalas, o moduliuotas jis kaip ir U ij. L1 ir L3 bei L2 ir L4 yra transformatoriai. Jie suvynioti taip, kad tarpinio dažnio U ijt stiprinamas (naudingasis) signalas susisumuotų grandinėje L3, L4. Jis dar kartą išskiriamas kontūre L3, L4, C6, kuris yra rezonansinis tarpiniam dažniui f T. Kaip matyti, naudingasis signalas į maišiklio pečius patenka priešfazėje. Tuo tarpu heterodino triukšmo signalas į abu maišiklio pečius patenka sinfaziškai. Jis slopinamas net turėdamas dažnį, artimą veidrodiniam, t. y. f s = f H f T (t. y. turintys nuokrypį per f T nuo f H į kitą pusę nei tikrasis f z zonduojantysis signalas, sugeneruotas siųstuvo). Tokie signalai maišiklyje taip pat bus išskiriami dažniu f T. Tačiau balansiniame maišiklyje jie bus slopinami, nes į maišiklio grandį L3, L4 pateks būdami priešfazėje. Tai ypač svarbu, jei yra ADR (automatinė dažnio derinimo sistema). Jei šito nebūtų, būtų tikimybė, kad ADR derintųsi prie veidrodinio trukdžio, o tai padarytų RLS nedarbingą Heterodinai Tai kita labai svarbi sudedamoji imtuvo dalis. Jo paskirtis generuoti SAD sinusinius virpesius dažniu, per tarpinį dažnį nutolusiu nuo zonduojančiojo signalo dažnio f z. f H = f z f T. 79

80 Tuomet iš maišiklio išeis signalas dažniu: f T = f z f t. y. tarpinio dažnio signalas. Heterodinui pagrindinis keliamas reikalavimas labai didelis generuojamo dažnio stabilumas. Todėl kaip generatorius naudojamas kvarcinis generatorius su tolesniu dažnio dauginimu. H, Kvarciniai heterodinai Kvarciniai heterodinai tai tokie, kuriuose kaip pirminis generatorius naudojamas kvarcinis generatorius. Juose dažnis stabilizuojamas kvarcais, kadangi kvarcų rezonansinis dažnis neviršija daugiau nei 1 10 MHz, tai norint gauti Mhz ir didesnį dažnį, kuris naudojamas RLS, reikia kvarcinio generatoriaus dažnį padauginti 100 ir daugiau kartų. Dažnis dauginamas panaudojant siaurajuostį netiesinį stiprintuvą su stiprinimo srovės atkirtimu, kurio apkrovime stovi siaurajuostis filtras, suderintas reikiamam padaugintam dažniui. Toks dauginimo būdas neleidžia dažnio padauginti daugiau nei 2 ar 3 kartus. Tokio heterodino struktūrinė schema galėtų būti tokia: kvarcinis generatorius MHz dažnis dauginamas 54 kartus (44 pav.) 44 pav. Kvarcinio heterodino schema 80

81 Atgalinės bangos lempos heterodinas Paskutiniųjų konstrukcijų RLS labai dažnai naudojami heterodinai, kurių pagrindą sudaro atgalinės bangos lempa (ABL). ABL tai elektrovakuuminis prietaisas, dažnai naudojamas radiolokatorių heterodinuose, nes gali generuoti (be jokio schematechninio patobulinimo) SAD signalus. Jų dažnį galima keisti % elektroniniu būdu, t. y. keičiant tam tikrą valdymo įtampą. Principą atskleisime analizuodami struktūrą (45 pav.). 45 pav. Atgalinės bangos lempos konstrukcija Elektronų srautas, išspinduliuotas katodo ir suformuotas elektroninės patrankos, veikiamas kolektoriaus įtampos sklinda išilgai tam tikros lėtinimo sistemos tai gali būti spiralė arba šukos. Kai elektronų greitis priartėja prie elektromagnetinės bangos sklidimo greičio, lėtinimo sistemoje atsiradęs nedidelis (atsitiktinis) elektromagnetinio lauko pokytis sukelia stiprią sąveiką tarp to lauko ir elektronų srauto. Dėl šios sąveikos elektronų srautas yra suskaidomas paketėliais (kaip magnetrone). Jei tas elektronų paketas juda kiek greičiau nei laukas, šis paketėlis atiduoda laukui energiją. Kadangi bangos fazinis greitis yra nukreiptas nuo lėtinimo sistemos katodinės pusės į kolektorių, o fazinis skirtumas tarp lauko bangos ir elektronų bangos bus tuo didesnis, kuo arčiau elektronų paketėlis ir kuo anksčiau elektroninis paketėlis bus stabdomas, t. y. lauko energijos augimas bus nukreiptas nuo kolektorinės lėtinimo sistemos pusės į katodinę. Taigi elektronų 81

82 paketėlis judės į vieną pusę, o bangos energija augs į priešingą. Todėl tokia lempa ir vadinasi atgalinės bangos lempa. Taigi atgalinės bangos lempos yra viena iš retų sistemų, kai banga sklinda viena kryptimi, o jos energija auga priešinga kryptimi. Tačiau šis faktas ir yra sąlyga susidaryti elektromagnetinių bangų generavimui, nes energijos srautas, judantis prieš elektronų srautą, sukelia stipresnę elektronų paketėlio ir bangos sąveiką. Tai šią sąveiką dar labiau stiprina ir t. t., t. y. gauname teigiamo grįžtamojo ryšio sąlygą. Tokia sistema gali generuoti dažnį reikiamame MHz diapazone ir dar % galima keisti generavimo dažnį, keičiant elektronų srauto greitį, t. y. keičiant kolektoriaus įtampą. ABL turi dar du elementus. Tai bangos energijos perdavimo sistema, t. y. tiesiog strypas, išvestas į bangolaidį. Be to, atsispindėjimą nuo lėtinimo sistemos galo slopina energijos sugėriklis, nes, jei bangos atsispindėjusios pradės sklisti šioje sistemoje, jos gali slopinti sąveiką. Tokio heterodino pagrindiniai parametrai: dažniai GHz; galia mw Heterodinas su Gano diodu ХХ a. septyniasdešimtųjų metų viduryje buvo atrastas fizikinis efektas, vadinamas Gano efektu. Jo esmė yra ta, kad puslaidininkyje, tekant srovei, susidaro sumažinto laidumo sritys. Tokios sritys, vadinamos domenais, veikiant išoriniam laukui, dreifuoja nuo vieno elektrodo prie kito. Todėl, kai tokia sumažinto laidumo sritis pasiekia kitą elektrodą, ji išnyksta, nes sumažinto judrumo elektronai išdreifuoja iš diodo, ir srovė šokteli, kol atsiranda nauja sumažinto laidumo sritis. Tai parodyta 46 pav. Šios sumažinto laidumo sritys atsiranda dėl to, kad laukas įkaitina elektronus. Dėl to padidėja jų efektyvioji masė ir sumažėja judrumas. Sumažėjus judrumui, sumažėja ir tos srities, kurioje tai vyksta, laidumas. 82

83 46 pav. Srovės kitimas Gano diode Srovės šuolių periodą galime rasti iš tokios formulės: t 0 L =, v 0 čia v 0 domeno dreifo greitis; L diodo ilgis. Tada kas laikotarpį t 0 gausime srovės šuolius. Gano diodas, prie jo prijungus įtampą, generuoja impulsus su periodu t 0. Parinkus tinkamą diodą, galima gauti svyravimų dažnį Hz ir daugiau. Tai leidžia gaminti plataus diapazono heterodinus. Tokio heterodino principinė schema parodyta 47 pav. Kadangi Gano diodas savo dydžiu nesiskiria nuo įprasto diodo, tai toks heterodinas turi mažą dydį, o savo charakteristika nesiskiria nuo geriausių pavyzdžių, sukonstruotų remiantis kitu schemotechniniu principu. Toks heterodinas dirba taip. V1 Gano diodas, perjungus jungtuką S1 į įjungtą padėtį, gauna maitinimą ir pradeda generuoti SAD virpesius. Jie sklinda į aukštadažnę heterodino sistemą. SAD gali būti tam tikro mums reikalingo dažnio. Dažniui išskirti naudojama rezonansinė kamera, suderinta f H dažniu. Toliau šie SAD virpesiai per jungiamąjį bangolaidį, kuris turi kintamąjį perdavimo koeficientą, perduodami į išėjimą ir per strypą SAD signalas išvedamas į kitas imtuvo grandis. V2 detektuojantis 83

84 47 pav. Heterodino su Gano diodu schema: V1 Gano diodas; V2 kontrolinis detektorius diodas, kuriuo tikrinamas Gano diodo generuojamų SAD lygis. Rezonansinė kamera yra perderinama. Ji gali būti derinama kartu su magnetrono dažnio pasikeitimu, nes svarbu, kad būtų pastovus ir nuo išorinių sąlygų nekintantis tarpinis dažnis: ft = fz fh Tarpinio dažnio stiprintuvas Tai stiprintuvas, kuris atlieka pagrindinį signalo stiprinimą. Tarpinio dažnio stiprintuvas privalo turėti didelį stiprinimo koeficientą Taip pat tarpinio dažnio stiprintuvas (TDS) turi nestiprinti triukšmų. Tam naudojami du dalykai: 1. TDS daromas siaurajuostis, t. y. stiprinamas tik signalas, turintis nominalųjį tarpinį dažnį f Tnom ; 2. TDS daromas iš dviejų blokų pirminio TDS ir pagrindinio TDS. Pirminis TDS daromas iš mažatriukšmių stiprinimo laipsnių. Be to, pirminis TDS kartu su maišikliu turi būti kuo arčiau antenos, nes taip sumažėja signalo slopinimas ir neat- 84

85 siranda užvedamų EVJ (kurias sukelia laidininkuose, kaip antenose, išoriniai elektromagnetiniai laukai). 48 pav. pateikta struktūrinė TDS schema. 48 pav. Tarpinio dažnio stiprintuvo struktūrinė schema Pagrindinis TDS daromas kaip logaritminis stiprintuvas, arba stiprintuvas su logoritmine amplitudine charakteristika. Tai daroma todėl, kad RLS darbe yra svarbu labai sustiprinti silpnus signalus ir mažai stiprinti didelės amplitudės signalus. Jo stiprinimą nusako tokia išėjimo įtampos priklausomybė: U iš Uij = S lg U čia S logaritminės charakteristikos statumas; U ijpr įėjimo įtampa, nuo kurios pradeda formuotis logaritminė charakteristika, nes, jei U ijpr = 0, tai gaunamas neapibrėžtumas. Taigi pirminis stiprintuvas turi nedidelį stiprinimo koeficientą 10 50, tačiau jis mažatriukšminis ir veikia kaip suderinimo schema tarp maišiklio ir pagrindinio stiprintuvo. RF1 rezonansinis filtras išskiria naudingą tarpinio dažnio f T signalą ir slopina įėjimo triukšmą. Filtras RF2 dar kartą nuslopina triukšmus, atsiradusius po pagrindinio TDS. Logaritminė charakteristika TDS formuojama taip (49 pav.): ijpr, 85

86 49 pav. Pagrindinio (logaritminio) TDS struktūrinė schema Kol U ij < U ijpr, TDS veikia kaip įprastas tiesinis stiprintuvas, ir logaritminis dėsnis nerealizuojamas. Stiprinimo koeficientas maksimalus. Jei U ij U ijpr n-toji, stiprinimo pakopa įsisotina ir į n-tąjį videodetektorių siunčiamas signalas nebedidėja. Kai įėjimo įtampa didėja, įsisotina kitos pakopos n 1, n 2 ir t. t. Išdetektuoti videoimpulsai nukreipiami į sumuojantį videostiprintuvą. Stiprinimo koeficientas parenkamas taip, kad galutinė stiprinimo charakteristika būtų logaritminė, o U ijpr parenkama triukšmų lygyje. Tada dinaminį diapazoną galime suspausti nuo db (koks būna imtuvo įėjime) iki db. Dinaminis diapazonas tai įtampų perkritimas nuo minimalios iki maksimalios, esant normaliam stiprintuvo darbo režimui: U max 20lg ij K DD =. Uij min Nėra paprasta parinkti RF1 ir RF2 praleidimo juostas. Kad antroji rezonansinė schema praleistų signalą net tuo atveju, kai abiejų pralaidumo juostos nesutampa, ir RF neiškreiptų signalo RF2 pralaidumo, juosta daroma 2 kartus platesnė nei RF1. Pralaidumo juosta RF1 parenkama atsižvelgiant į tai, kad kuo platesnė schemos pralaidumo juosta, tuo geresnės formos impulsus ji praleidžia, o jei juosta siaura, impulsai iškraipomi, frontai tampa nebestatūs tai menkina RLS matavimų tikslumą. Norint išpildyti šiuos reikalavimus, t. y. išlaikyti gerą impulso formą ir turėti pakankamo siaurumo pralaidumo 86

87 juostą, pralaidumą reikia parinkti pagal zonduojančiojo impulso trukmę taip: f T ( 10 20). τ Tarpinis dažnis parenkamas iš tokios eilės: 30, 60, 90, 120 MHz; 0,5, 1 GHz. Lėktuvų RLS paprastai būna 30 MHz. Stiprinimo koeficientas TDS parenkamas taip, kad išėjime būtų ne mažesnė nei 1 2 V įtampa ir kad galėtų optimaliai veikti videodetektorius. TDS stiprinimo koeficientą K 0 galima rasti iš tokios formulės: U ijt min K = 0 U = η U 2P i išt min ijt min ij min ij ; KΣ g + g čia P ijmin minimalus imtuvo galingumas; K Σ suminis stiprinimo koeficientas anteninio perjungiklio, aukštojo dažnio stiprintuvo, maišiklio; g ij TDS įėjimo pakopos laidumas; g K įėjimo kontūro laidumas. Paprastai RLS TDS stiprinimo koeficientas būna Toliau bus nagrinėjamos konkrečios tarpinio dažnio stiprintuvo schemos. Pirminis TDS (50 pav.) atlieka kelias funkcijas: suderina pagrindinio TDS įėjimo varžą su maišiklio išėjimo varža ir vykdo siaurajuostį signalų stiprinimą, tokiu būdu gerindamas signalo ir triukšmo santykį. Taip pat vykdo mažatriukšmį mažų signalų stiprinimą. Čia panaudota pirminio TDS schema vadinama kaskodine. Tokia schema turi gerokai didesnį stiprinimo koeficientą, nes V1 ir V2 tranzistorių stiprinimo koeficientai susidaugina. Laipsnio apkrovimo kontūras C6L3 suderintas dažniui f T. K, 87

88 50 pav. Pirminio TDS schema L1 R1C1 įėjimo grandis skirta suderinti pirminio TDS įėjimo varžą su balansinio maišiklio išėjimo varža, nes kai f T = 30 MHz ir daugiau ir varžos nesuderintos, vyks atspindžiai tarp įėjimo ir išėjimo. Iš pirminio TDS signalas patenka į pagrindinio tarpinio dažnio stiprintuvo pakopas, jų schemoje panaudojama nuo 6 iki 8. Visos pakopos yra identiškos. Vienos iš jų schema parodyta 51 pav. Kiekviena TDS stiprinimo pakopa yra plačiajuostis stiprintuvasribotuvas su detektoriumi ir nuolatinės srovės stiprintuvu. Tranzistoriais V1 V2 pagrindu surinktas stiprintuvas-ribotuvas. Jo emiterio srovė I e nustatoma srovės stabilizatoriumi, kuris sudarytas iš tranzistorių V3 V4, sujungtų diodu, t. y. panaudojamas tik vienas perėjimas srovei stabilizuoti skirtingose temperatūrose. Schemos elementų paskirtis yra tokia: V5 lauko tranzistorius reguliuoja stiprinimą ir stabilizuoja srovę keičiantis maitinimui. V6, V7 emiterinis kartotuvas atskiria TDS pakopą nuo kitos pakopos ir detektoriaus. V8 detektorius su detektuojančiais C8 ir C9. V9 stabilizuoja stiprintuvo darbo režimą keičiantis temperatūrai. V10 videostiprintuvas V11 stabilizuoja darbo režimą. 88

89 51 pav. Pagrindinio TDS vieno stiprinimo laipsnio schema Toliau signalas siunčiamas į sumuojantįjį videostiprintuvą ir į kitą TDS pakopą. Detektorius neveikia mažiems signalams, juos stiprina kaip paprastas stiprintuvas. Išėjime TD signalas nukreipiamas į kitą pakopą. Taip iki paskutinės pakopos. Tada signalas išdetektuojamas galiniame detektoriuje ir siunčiamas į sumuojantįjį stiprintuvą. Signalui pasiekus lygį, kai signalas paskutinės stiprinimo pakopos išėjime įsisotina, laipsnio detektorius signalą išdetektuoja ir sumuojančiame stiprintuve gaunamas pirmas susumuotas signalas. Jei signalas toliau auga, tai įsisotina ankstesnės pakopos, o tolesnės pakopos ir pakopa, kuri įsisotina iš stiprinimo, išjungiama. Pirmosios įsisotinusios pakopos detektorius signalą išdetektuoja ir pasiunčia jį į sumuojantįjį stiprintuvą. Gauname amplitudinę charakteristiką, artimą logaritminei. 89

90 Automatinės stiprinimo reguliavimo sistemos Automatinio stiprinimo reguliavimo sistema RLS imtuvuose reikalinga, nes RLS priimamas signalas turi labai platų amplitudinį diapazoną ir dėl to galimi tokie nepageidautini efektai: perkraunamos imtuvo pakopos signalų, atsispindėjusių nuo vietos objektų, o signalas nuo taikinio, esančio toliau nei vietos objektai, gali būti nepriimtas; pakyla triukšmų lygis ir dėl to didėja melagingo priėmimo tikimybė; įsisotina stiprinimo pakopos, o iš įsisotinimo tranzistoriai išeina ne iš karto, o per tam tikrą laiką. Dėl to, kol įsisotinimas išnyksta, imtuvas neveikia. Dėl minėtųjų priežasčių yra būtina reguliuoti signalų, patenkančių į RLS imtuvo stiprinamąsias grandis, lygį. Tai galima daryti be nuostolio RLS darbingumui, nes radiolokacijoje nėra matuojamas signalų dydis, o tik nustatoma ir tikrinama, ar signalas yra atsispindėjęs nuo taikinio, ar ne. Kadangi yra kelios galimos imtuvo perkrovimo priežastys, tai ir automatinio stiprinimo reguliavimo sistemos yra kelios: laikinė ASR; greitinė ASR; triukšminė ASR Laikinė automatinė stiprinimo reguliavimo sistema Jos reikalingumas paremtas jau minėtomis aplinkybėmis ir tuo, kad toli esančių taikinių atsako signalas yra silpnesnis nei arti esančių. Iš kitos pusės, toli esančių objektų atspindžio signalas RLS pasiekia vėliau nei arti esančių. Todėl imtuvo įėjime įtampa nuo atstumo iki taikinio kis pagal tokį dėsnį: 1 U imin ~ 4 D. 90

91 Tam, kad signalo lygis nepriklausytų nuo atstumo iki taikinio, stiprinimo koeficientą reikia daryti besikeičiantį nuo vėlinimo laiko tokios priklausomybės: K st ~ D 4 ~ τ vėl 4. Tam naudojama laikinė automatinio stiprinimo reguliavimo sistema (ASR). Tačiau elektriniu būdu tokį dėsnį atkartoti sudėtinga. Dėl to paprastai šis dėsnis parenkamas panaudojant kondensatoriaus išsikrovimo dėsnį: U C ~ U m (1 e RCt ). Toks dėsnis nevisiškai atspindi signalo mažėjimą nuo taikinio atstumo, tačiau tokia forma lengvai pasiekiama. Jei ARS schemoje yra galimybė keisti RC ir U m, t. y. keisti impulso formą, operatorius gali laikinį ASR padaryti tokį, kad stiprinimas būtų silpninamas tik ten, kur yra stipriausi trukdžiai. 52 pav. parodyta praktinė laikinės ASR sistemos schema. 52 pav. Laikinės ASR principinė schema Schemos elementų paskirtis: V1 rakto laipsnis; V4 ribotuvas iš viršaus; V2, V3 emiterinis kartotuvas. Sistema dirba taip. Pradžioje V1 uždarytas nuline įtampa nuo R2. 91

92 Laikinės ASR paleidimo impulsas 1 1,8 µs ilgio Paleidimas. Šis impulsas formuojamas kartu su RLS zonduojančiuoju impulsu. C3C4 užsikrauna iki įtampos ant C2. Pasibaigus impulsui Paleidimas V1 užsidaro ir C3C4 per R4 R6 lėtai išsikrauna iki įtampos ant R8. Gaunama įtampa, savo forma atitinkanti stiprinimo koeficiento keitimo dėsnį. Šis laikinės ASR impulsas nukreipiamas į emiterinį kartotuvą ir iš jo per R13 į tarpinio dažnio stiprintuvo (TDS) įėjimo grandį, reguliuojančią stiprinimą. Gaunamas reikiamas stiprinimo keitimas nuo τ vėl Greitinė ASR sistema Kadangi signalai, atsispindėję nuo pasyvių trukdžių, nuo skirtingą atspindį turinčių žemės paviršiaus dalių, nuo skirtingų taikinių, turi labai skirtingą lygį, tai gali sukelti imtuvo stiprintuvo perkrovimą. Norint to išvengti, naudojama greitinė ASR (GASR). Tai yra ne kas kita, kaip pagal signalo lygį reguliuojamas neigiamas grįžtamasis ryšys. Jo funkcinė schema būtų tokia (53 pav.). 53 pav. Greitinė ASR funkcinė schema Kai signalo lygis staiga pakyla, stiprinimo koeficientas staigiai sumažinamas. Tokio neigiamo grįžtamojo ryšio schema daroma, kad ji apimtų ir atskirtų stiprintuvo stiprinimo laipsnius, o tai, be stiprinamo signalo šuolių užglaistymo, leidžia išvengti stiprintuvo generavimo. Greitinė automatinio stiprinimo reguliavimo sistema reikalinga, nes laikinė ASR sistema padeda išvengti tik tokio trukdžio, kuris tolygiai pasiskirstęs nuotolyje nuo RLS. Jei signalai nuo pasyviųjų 92

93 trukdžių yra atstumo atžvilgiu netolygūs, sudėtingai pasiskirstę azimuto bei nuotolio atžvilgiu ir keičiasi labai staigiai, tuo atveju laikinė ASR yra neefektyvi. Todėl šalia jos naudojama greitinė ASR tai mažai inertiška stiprinimo reguliavimo sistema. Šios ASR principas toks: išdetektuotas trukdžio signalas iš vienos ar keleto TDS pakopų per grįžtamojo ryšio grandinę siunčiamas į pakopos ar grupės pakopų įėjimą tokio poliaringumo, kad mažintų trukdžio amplitudę ir neleistų įsisotinti pakopoms, apimtoms GASR (53 pav.). Tačiau jei tai bus daroma be jokio patobulinimo, tokia sistema silpnins ne tik trukdžių, bet ir naudingąjį signalą. Norint to išvengti, šio grįžtamojo ryšio laiko pastovioji τ gr daroma kiek didesnė nei naudingojo signalo trukmė (τ i ): τ gr > τ i. Dėl to naudingųjų signalų tokia sistema nesilpnina, bet silpnina trukdžių signalus. Esant taikiniui, zonduojantysis impulsas atsispindi vieną kartą, o esant trukdžiui, jis atsispindi nuo įvairių trukdžio vietų ir atsispindėjęs signalas išsiplečia laike. Tokia stiprinimo reguliavimo sistema turi ir trūkumų. Jei trukdžių signalo amplitudė labai didelė, tai reikės šiek tiek laiko, kol grįžtamojo ryšio detektoriaus filtro kondensatoriai išsikraus ir dėl to taikinio signalai, ateinantys iš karto po trukdžio signalo, nebus praleisti, nes GASR sistema bus sumažinusi iki minimumo stiprinimą. Taip pat stiprūs signalai, ateinantys, kol dar sistema nesuveikė (dėl τ gr ), perkraus TDS ir taikinio signalai bus praleisti. Taip pat ši sistema nesuveiks, jei trukdžių impulso ilgis yra nedidelis Triukšminė ASR sistema Ši sistema RLS reikalinga dėl to, kad, išaugus triukšmų lygiui ir esant tam pačiam galiniam RLS įrenginio suveikimo slenksčiui, padidėja melagingo taikinio aptikimo tikimybė, t. y. RLS užfiksuos nesantį taikinį. Šią tikimybę sumažinti ir stabilizuoti padeda triukšminė ASR sistema (TASR ). 54 pav. pateikta struktūrinė tokios sistemos schema. 93

94 54 pav. Triukšminės ASR sistemos struktūrinė schema TASR sistemoje triukšmas detektuojamas laiko tarp zonduojančiųjų impulsų diapazone, atitinkančiame nuotolį, kuriame nei naudingieji signalai, nei trukdžiai RLS jau nebepasiekia. Tai tarpelis gale tarpo tarp zonduojamųjų impulsų. Taigi į TASR sistemą įėjime siunčiami trumpi impulsai, kurių amplitudė proporcinga tik triukšmui. TASR struktūrinės schemos (54 pav.) veikimas yra toks. NSS 1 (nuolatinės srovės stiprintuvas) sustiprina triukšmą, kuris toliau išlyginamas detektoriumi (1 diagrama). Tada iš šio išdetektuoto triukšmo signalo diodiniu raktu ir multivibratoriumi išskiriamas įtampos impulsas laiko tarpo T i gale (2, 3, 4 diagramos). Tokia išskirto triukšmo įtampa (4 diagrama) patenka į RC filtrą, jis išlygina triukšmą ir atsi- 94

95 mena jo įtampą iki kito TASR sistemos paleidimo impulso. Ši gauta TASR sistemos išėjimo įtampa panaudojama TDS stiprinimui reguliuoti. Jei RC filtre įtampa padidėja, t. y. padidėja triukšmas TDS išėjime, tai šios sistemos įtampa, nukreipta į TDS stiprinimo reguliavimo įėjimą, sumažina TDS stiprinimą, o kartu ir triukšmą TDS išėjime Detektoriai RLS naudojami įvairūs detektoriai: 1. Amplitudiniai jų funkcija yra išskirti radioimpulso gaubiamąją. 2. Faziniai jų išėjimo įtampa yra proporcinga fazių skirtumui tarp priimto ir atraminio signalo. Jie naudojami impulsinėsekoherentinėse RLS. 3. Dažniniai detektoriai jų signalas yra proporcingas dažnių skirtumui tarp atraminio ir priimto signalo, jis naudojamas automatinėse dažnio derinimo sistemose. Amplitudiniai detektoriai tai standartiniai diodiniai detektoriai. Tokio paprasčiausio detektoriaus schema parodyta 55 pav. Diodas išskiria teigiamus priimto radiosignalo pusperiodžius, o RC filtras išlygina pulsacijas. 55 pav. Aplitudinio detektoriaus schema Šio detektoriaus R ir C elementus galime apskaičiuoti taip: 95

96 U d CR =, ω U pm čia U d išlyginta įtampa; ω = 2πf T ; U pm išėjimo įtampos pulsacijų amplitudė. Faziniai detektoriai. Šių detektorių pagrindas yra tai, kad dviejų besisumuojančių sinusinių signalų suma priklauso nuo jų amplitudžių ir tarpusavio fazių. Fazinis detektorius gali dirbti dviem režimais: detektoriniu režimu; rakto režimu. Detektorinis kai atraminio ir priimamo signalo amplitudžių santykis ~1. Rakto režimu: Uij m = <<1, U atr kai įėjimo signalas daug mažesnis nei atraminis. Išėjimo signalas bus proporcingas fazei, bet maksimalus signalas ne didesnis nei įėjimo. Paprastai naudojama balansinė detektoriaus schema, jos principinė schema parodyta 56 pav. 56 pav. Fazinio detektoriaus schema 57 pav. parodytos fazinio detektoriaus charakteristikos. Čia α fazių skirtumas. Matome, kad detektorinio režimo charakteristikos vartojimo pra- 96

97 sme yra geresnės, bet palaikyti m = 1 yra sudėtinga. Todėl, jei fazė α keičiasi, nuo 0 iki π naudojamas raktinis režimas. 57 pav. Fazinio detektoriaus išėjimo charakteristikos Kitas atvejis, kai galima sėkmingai naudoti raktinį režimą, kai fazinis detektorius naudojamas judančių taikinių selekcijai. Fazinio detektoriaus darbas paremtas tuo, kad diodai VD1 ir VD2 yra atidarinėjami atraminės įtampos ir tuomet, jei atraminės ir įėjimo įtampų fazės sutampa, RC filtre sukaupiama įtampa proporcinga įėjimo įtampos amplitudei. Jei fazių skirtumas π, tai įtampa RC filtre bus priešinga savo ženklu. Jei fazių skirtumas π/2, tada RC filtre pusė pusperiodžio RC pasikrauna vieno ženklo įtampa, o kita pusė išsikrauna, ir išėjime gauname nulį. Taigi gausime tokią fazinio detektoriaus funkcinę charakteristiką: U iš = U ijm cosα, čia α fazių skirtumas tarp atraminio ir įėjimo signalų. Dažniniai detektoriai. Šių detektorių principinės schemos nenagrinėsime. Jų funkcinė paskirtis yra sulyginti įėjime gaunamą signalo dažnį su nominaliuoju dažniu. Išėjime suformuojamas toks signalas: U iš = 0; kai f ij = f nom ; U iš > 0; kai f ij > f nom ; U iš < 0; kai f ij < f nom. Turint tokį signalą, galima valdyti RLS generatorius siekiant, kad f T būtų lygus f Tnom. 97

98 6. BORTINIAI METEOROLOGINIAI NAVIGACINIAI RADARAI Bortiniai radarai yra skirti padėti pilotams gauti informaciją apie meteorologinę situaciją orlaivio kurso kryptimi bei navigacinę informaciją skrydžio metu. Informacija apie debesis arba vietos ypatybes parodoma indikatoriuje, kuriame pateikiamos koordinatės polinėje koordinačių sistemoje: objekto atstumas iki orlaivio ir objekto azimutinis kampas orlaivio ašies atžvilgiu. Bortiniai radarai susideda iš: imtuvo-siųstuvo; antenos su stabilizavimo sistema; indikatoriaus; valdymo bloko; Bortinio radaro funkcijos: nustato vandens lašų dydį debesyse bei turbulencinius reiškinius juose; nustato debesų aukštį keičiant radaro spindulio pokrypį; pateikia žemės paviršiaus radiolokacinį vaizdą, o tai leidžia vykdyti skrydžio navigaciją; nustato stebimų objektų koordinates (atstumą ir nuokrypio nuo orlaivių ašies kampą). Visi bortiniai radarai suprojektuoti pirminės radiolokacijos principu. Radiobangos atsispindi nuo meteorologinių reiškinių ir nuo įvairių žemės paviršiaus objektų skirtingu būdu. Tai ir leidžia atspindėtą radiosignalą apdorojus ir išvedus į indikatorių gauti būtiną meteorologinę ir navigacinę informaciją. Antenos bortiniuose radaruose statomos lėktuvo korpuso priekyje ir daromos tokio dydžio, kad būtų lengva įmontuoti. Spinduliai naudojami dviejų formų kryptinių diagramų: pieštuko formos (kai spindulio kryptinė diagrama yra siaura ir vertikaliąja, ir horizontaliąja kryptimi; 98

99 vėduoklės formos (kai spindulio kryptinė diagrama siaura horizontaliąja kryptimi ir plati vertikaliąja kryptimi, taip pat vadinama kosekant-kosekansine). Antenos turi padėties stabilizavimo sistemą ir galimybę nuskaityti azimuto kryptimi ± 90 nuo orlaivio ašies, taip pat ± 15 pakrypimą aukštyn bei žemyn. Spindulio kryptinės diagramos plotis 3 5. Apskaičiuosime, koks bus diagramos plotis, jei λ = 3 cm antenos skersmens D = 45 cm. Empirinė formulė yra tokia: λ 3 Θ = 70 = 70 = 4,7. D 45 Taigi matyti, kad norint gauti siaurą kryptinę diagramą, turint nedidelę anteną (o tai labai svarbu bortiniame radare), reikia mažinti bangos ilgį. Todėl paprastai naudojami λ = 3 cm radarai, jų f z = 9375 MHz ± 30 MHz. Siaura spindulio kryptinė diagrama reikalinga tam, kad turėtumėme pakankamą skiriamąją gebą meteorologiniams reiškiniams nustatyti. Kai kryptinės diagramos plotis 3, 180 nm (330 km) atstumu spindulio skersmuo bus ft ( m). Taigi visi atskiri debesys, esantys šiame plote, radaro indikatoriuje matysis kaip vienas objektas. Dėl įvairaus atspindžio lygio nuo įvairių meteorologinių reiškinių pagal atspindžio lygį bei atspindžio objekto storį galima spręsti apie objekto pobūdį bei jo tęstinumą. Šiuo atveju tokių reiškinių radiolokacinis stebėjimas skiriasi nuo orlaivių stebėjimo tuo, kad atspindys reiškinyje vyksta dalimis per visą reiškinio storį. Atspindys tuo stipresnis, kuo didesni vandens lašai meteorologiniame reiškinyje bei kuo intensyvesnė jame turbulencija. Šių reiškinių pavojingumas skrydžiui taip pat kyla didėjant lašų masei bei turbulencijai. 58 pav. pavaizduota, kaip auga radiobangų atspindys nuo įvairių reiškinių. Matyti, kad mažas atspindys nuo sauso sniego ir maksimalus, esant drėgnam rūkui. 99

100 58 pav. Radiobangų atspindžio efektyvumas nuo įvairių meteorologinių reiškinių Juodai baltame indikatoriuje didesnio atspindžio zonos yra šviesesnės nei mažo atspindžio zonos. Ten, kur neatspindi, indikatorius juodas, kur atspindys silpnas pilka spalva, kur atspindys stiprus balta spalva. Spalvotame indikatoriuje atspindžio lygis vaizduojamas švytėjimo spalva. Šiuo atveju įmanoma nustatyti net kritulių lygį (1 lentelė): 1 lentelė. Meteorologinių reiškinių indikavimas Spalva Atspindys Meteorologinio reiškinio charakteristika Juoda Silpnas arba jo nėra Krituliai silpnesni nei 0,7mm/val. Žalia Labai silpnas Krituliai 0,7 4 mm/val. Geltona Silpnas Krituliai 4 12 mm/val. Raudona Stiprus Krituliai stipresni nei 12 mm/val. Ryškiai raudona Turbulencija Liūtys 100

101 6.1. Bortinių radarų valdymo blokas 59 pav. parodyta nespalvotos bortinės RLS valdymo plokštė. Valdymo rankenėlių paskirtis yra tokia. Maitinimas Antenos pasvyrimas Žymių ryškumas 59 pav. Bortinio radaro valdymo plokštė Maitinimo įjungimas Įjungimo rankenėlė turi tris pozicijas: OFF POWER radaras išjungtas ON radaras įjungtas, antena stabilizuota kompensuojant orlaivio pokrypį bei poskyrį. STAB OFF antena fiksuojama išilgai orlaivio ašies, pokrypio bei poskyrio kompensavimas išjungtas. Mastelio keitimo rankenėlė STANDBY radaras įjungtas, bet nenaudojamas, siųstuvas nemaitinamas. Tokia funkcija būtinai naudojama, jei šalia orlaivio gali būti žmonių, nes siųstuvo spinduliavimas pavojingas žmonių sveikatai perjungiant į šias pozicijas yra įjungiamas radaras. Skaičiai reiškia radaro indikatoriaus mastelį: pvz., 150 nm per visą 101

102 radaro indikatorių. 20 nm naudojamas kylant, o 150 nm skrydžio režime. Antenos pasvyrimo valdymas rankenėle galima pakelti į viršų (up) ir žemyn (down) ±15. Šis pasvyrimas naudojamas dviem atvejais: žemės paviršiaus radiolokaciniam žemėlapiui nustatyti; debesų aukščiui nustatyti. Funkcijų perjungimas: Žemėlapis (MAP) Vykdydamas šią funkciją, radaras generuoja spindulį, kurio kryptinė diagrama yra kosekant-kosekansinė (vėduoklės formos), vertikaliąja kryptimi ji 85, o azimuto kryptimi 3,5. Signalo galingumas reguliuojamas priklausomai nuo pasirinkto stebėjimo nuotolio, o stiprinimas reguliuojamas rankenėle (rankinis valdymas MANUAL GAIN). Šis režimas naudojamas, kai stebimas žemės paviršiaus plotas yra iki 70 nm. Norint stebėti paviršių toliau nei 70 nm, naudojamas režimas MAN. Rankinio valdymo režimas (MAN) Šiuo režimu generuojamas siauros kryptinės diagramos spindulys (pieštuko formos), stiprinimas reguliuojamas tuo pačiu MANUAL GAIN reguliatoriumi. Meteorologinių reiškinių stebėjimas (WEA) Pasirinkus šią funkciją, turime pieštukinę spindulio formą. Rankinis valdymas (Manual Gain) neveiksnus, vietoje jo įsijungia automatinio valdymo sistemos, tokios kaip valdymo funkcija (swept gain), laikinė automatinė stiprinimo reguliavimo sistema (sensitive Time Control). Automatinė greitinė stiprinimo reguliavimo sistema (automatic gain control). Visos šios valdymo sistemos suvienodina signalus radaro imtuve, ir jų lygis nepriklauso nuo atstumo iki objekto, t. y. signalas nuo debesies už 5 nm ir už 20 nm radaro imtuvo išė- 102

103 jime bus vienodas. Efektyvus meteorologinių reiškinių stebėjimas užtikrinamas iki 25 nm. Meteorologinių reiškinių stebėjimas kontūro režime (CON) Šis režimas naudojamas tik juodai baltame indikatoriuje. Jis leidžia išskirti meteorologinio reiškinio pakraščius. Meteorologinio reiškinio pakraštys šviečia baltai, o jo vidurys su maksimaliu atspindžiu yra juodas. Tai leidžia pilotui lengviau nustatyti pavojingų meteorologinių reiškinių ribas. Nustatytos netgi atspindžio formos, rodančios, kad tose vietose ypač gili turbulencija ir dėl to šios zonos yra ypač pavojingos. Jos vadinamos taip: U formos; piršto išsikišimas; kablys; geldutės pakraštys. Radiolokacinio žemėlapio interpretavimo ypatybės Radiolokacinis žemėlapis gali būti stebimas dėl to, kad radiobangos skirtingai atsispindi nuo gyvenamųjų teritorijų (miestų ir gyvenviečių), nuo miškų, laukų, vandens telkinių ir kalnų. Nuo vandens telkinių bangos neatsispindi ir ekrane toje vietoje bus juoda dėmė, tačiau bangos gerai atsispindi nuo pakrantės, taigi navigaciją galima atlikti lyginant pakrantės juostą ekrane su žemėlapiu. Nuo kalnagūbrių atspindys labai geras, bet už jo iš karto bus šešėlis, t. y. juoda dėmė. Tačiau turėdami ryškų atspindį, o už jo juodą dėmę, galime tokį objektą identifikuoti kaip kalnagūbrį. Kita svarbi aplinkybė yra atstumas. RLS rodys nuožulnųjį atstumą. Norint sulyginti objekto atstumą pagal žemėlapį, reikia žinoti žemės atstumą. Jis randamas taip: D S H 2 2 =, Ž čia D ž Žemės nuotolis; S nuožulnusis (radaro rodomas) nuotolis; H orlaivio skrydžio aukštis. 103

104 6.2. Bortinio radaro su spalvotu indikatoriumi valdymas Spalvoto indikatoriaus radaro valdymas yra panašus, išsiskiria tik keletas papildomų funkcijų: Wx meteo, tai paprasta funkcija stebėti meteorologinę situaciją (tik vaizdas spalvotas). Wx + T meteo plius turbulencija. Šiuo atveju atsiranda specialios spalvos zona, nužyminti turbulenciją. Wx(var) meteorologinis režimas su automatiniu stiprinimo reguliavimu. WxA meteo režimas su meteorologinio pavojaus funkcija, ekranas esant pavojui mirksi zonose, kur yra turbulencija. Dar reikia nustatyti debesų aukštį orlaivio skrydžio aukščio atžvilgiu. Ši funkcija vykdoma pakreipiant anteną aukštyn žemyn (±15 ). Debesų aukštis nustatomas keliant anteną aukštyn iki padėties β, kai debesų ekrane nematome. Debesų aukščio nustatymo formulė būtų tokia: S H = ( β α / 2) ft, 60 čia H (pėdomis, ft) debesų aukštis virš orlaivio skrydžio aukščio; β (laipsniais) antenos pakėlimo kampas; α (laipsniais) spindulio kryptinės diagramos plotis; S (jūrmylėmis nm) atstumas iki debesies; koeficientas perskaičiuoti jūrmyles (nm) į pėdas (ft). Taigi baigėme nagrinėti bendrus reikalavimus bortinėms meteonavigacinėms stotims, jų darbo principais. Toliau susipažinsime su konkrečia bortine RLS Meteonavigacinis radaras Groza Paskirtis ir charakteristikos Tai radaras, leidžiantis stebėti lėktuvą supančią aplinką. Juo galima: stebėti meteorologinę situaciją aplink lėktuvą; 104

105 aptikti lėktuvo priekyje esančias pusiausferoje zonas su aktyviais audros reiškiniais; matuoti skrydžio navigacinius parametrus (nuorašos kampas, žemės paviršiaus radiolokacinis žemėlapis). Paskutinį punktą reikėtų paanalizuoti išsamiau. Stebint žemės paviršių radaru, zonduojantieji spinduliai skirtingai atsispindi nuo kelių, gyvenviečių, didelių miestų, laukų ir miškų, vandens paviršiaus. Taigi, apšvitinant žemės paviršių, galima pagal gautą radaro lokalinį vaizdą patikrinti lėktuvo padėtį su žemėlapiu ir patikslinti lėktuvo koordinates bei skrydžio eigą. Didelis privalumas yra tai, kad radaras šiuos uždavinius sprendžia nepriklausomai nuo meteorologinių sąlygų, lėktuvo pakrypimų skrydžio metu. Priklausomai nuo lėktuvo tipo eksploatacinės ir techninės charakteristikos skiriasi dėl lėktuvo inertiškumo ir manevringumo. Vienos iš radaro modifikacijų charakteristikos yra tokios. Taikinių aptikimo nuotolis, esant m skrydžio aukščiui: audrų zonos ne mažiau kaip 200 km; dideli miestai 350 km; vidutiniai miestai (rajonų centrai) 250 km; dykvietės ir dideli vandens telkiniai 170 km; kalnų masyvai ir viršukalnės 370 km; azimuto kryptimi apžvalgos sektorius ±100 ; azimutinės apžvalgos greitis 7 13 svyravimų per minutę; nuonašos kampo matavimo paklaida ±1,5. Tangažo ir pasvyrimo kampų dydžiai, kuriems esant užtikrinamas antenos stabilizavimas ±1,5 tikslumu: pasvyrimo ± 15 ; tangažo ± 10. RLS darbo režimai: 1. Pasiruošimas ; 2. Žemė ; 3. Meteo ; 105

106 4. Kontūras ; 5. Nuonaša. Darbo dažnis (λ = 3 cm) ± 30 MHz; Impulsinė galia P i, 9 kw; Zonduojančiųjų impulsų trukmė 3,5 ± 0,3 µs; Zonduojančiųjų impulsų pasikartojimo dažnis 400 ± 5 % Hz, Imtuvo jautrumas pagal signalo išnykimą triukšmuose ne mažiau kaip (K) 100 db/mw: Psig. ij. 10lg Ptr. ij. K = ; P im. nom. Imtuvo pralaidumo juosta 1,8 2 MHz; Tarpinis dažnis 30 MHz; Kryptinės diagramos plotis ½P in :lygyje. horizontalioje plokštumoje 3 ; vertikalioje plokštumoje: o 30 plati (vėduoklės); o 3 siaura (pieštuko formos); Rankinis kryptingumo diagramos polinkio reguliavimas ±10. Apžvelkime darbo režimus. Režimas Žemė naudojamas radiolokaciniam žemėlapiui gauti. Radaras dirba tokiu režimu: antenos kryptingumo diagramos vėduoklės formos, laikinė ASR sistema, logaritminė TDS stiprinimo amplitudinė charakteristika. Toks režimas leidžia gauti atspindimą nuo žemės paviršiaus signalo lygį, nepriklausantį nuo nuotolio. Videostiprintuvas yra trijų lygmenų, leidžiantis atskirti atspindimų paviršių pobūdį. Režimas Meteo. Leidžia aptikti meteorologinių reiškinių koordinates. Šiuo atveju radiolokacinis vaizdas tai horizontalusis erdvės pjūvis lėktuvo skrydžio aukštyje. Antenos ašis stabilizuota. Visi 106

107 meteorologiniai reiškiniai, matomi radaru, yra pavojingi, jei iki jų atstumas yra 100 km ir mažiau. Antenos kryptinė diagrama siaura. Režimas Kontūras. Šis režimas leidžia nustatyti meteorologinių reiškinių ribas ir jų pavojingumą. Videostiprintuvo signalas yra apribojamas ir dėl to ekrane nematomas stiprus signalas, o tik silpnesnis signalas, atsispindėjęs nuo meteorologinio reiškinio zonos pakraščio. Todėl vaizdas ekrane kontūro formos ir pagal tos zonos plotį galima žinoti hidrometeorologinio reiškinio pavojingumą, o ryškios jo ribos indikatoriuje leidžia tiksliai rasti jo pradžią. Paskutinis režimas Nuonaša. Šis režimas leidžia grubiai pamatuoti nuonašos kampą. Jis pagrįstas Doplerio efektu, kuris pasireiškia signalo fluktuacija imtuvo išėjime (signalas pulsuoja). Pulsacijos kyla dėl Doplerio efekto atsirandančio dažnio poslinkio atsispindint signalui nuo judančio orlaivio atžvilgiu žemės paviršiaus. Maksimalus dažnio poslinkis įvyksta, kai spindulys atsispindi nuo žemės judėjimo kryptimi. Išorinis požymis radiolokacinėje stotyje, kad spindulys nukreiptas lėktuvo judėjimo kryptimi yra minimalus pulsacijų dažnis. Kampas tarp lėktuvo ašies ir judėjimo krypties ir bus nuonašos kampas. Radaro Groza funkcinė schema Funkcinė schema parodyta 60 pav. Ją galime padalyti į kelis funkcinius kanalus: siųstuvo kanalas; imtuvo kanalas; automatinio dažnio reguliavimo kanalas; sinchronizavimo kanalas; skleistinės kanalas; antenos valdymo ir stabilizavimo kanalas. 107

108 60 pav. RLS Groza struktūrinė schema 108