АНТЕННА ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ НАД АЭРОДРОМОМ

Ульянов Ю. Н.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт» ул. Фрунзе, 21, г. Харьков 61002, Украина Тел.: (380-0572) 174898; e-mail: ulyanov@kpi.kharkov.ua Бутакова С. В.

Харьковский институт ВВС Украины А/я 10744, 61140, Харьков, Украина Тел.: (380-0572) 272409, e-mail: svetvik@ukr.net

Аннотация Представлены результаты проектирования гибридной рупорно-рефлекторной акустической антенны, удовлетворяющей в наибольшей степени поставленному критерию «эффективность-стоимость». Прототипом явилась гибридная антенна промышленного СОДАРа фирмы AeroVironment (США).

I.  Введение

Многие аэропорты мира в последние десятилетия оснащаются акустическими локаторами (СОДАРами) для зондирования пограничного слоя атмосферы в режиме его мониторинга. Это позволяет повысить безопасность полетов, обнаруживая и прогнозируя опасные для авиации метеоявления (микровзрывные потоки, атмосферные фронты, струйные течения нижнего уровня, низкая облачность, приземный туман и т.п.), и идентифицировать метеоусловия приводящие к аномальной рефракции радиоволн в радиолокации, навигации и связи.

При размещении СОДАРа вблизи взлетнопосадочной полосы в роли помехи его эхо-сигналу выступают наземные авиационные шумы. Для снижения влияния аэродромных акустических шумов на эффективность зондирования обычно увеличивают излучаемую звуковую мощность и повышают помехозащищенность антенны.

Величина излучаемой акустической мощности не может быть увеличена сверх величины ограничиваемой проявлением нелинейных эффектов взаимодействия звука с воздухом (например, на частотах звука порядка ЗкГц наращивание акустической мощности более 10 Вт лишено смысла).

Для повышения помехозащищенности должен минимизироваться уровень дальних боковых лепестков антенны, особенно под углом 90° к направлению главного максимума.

Конструкция антенны должна обеспечивать защиту электроакустических преобразователей от попадания снега или дождя, накапливания внутри крылатых насекомых и пыли, а также наиболее полно удовлетворять критерию «эффективность-стоимость». С этих позиций в качестве аналога выбрана гибридная антенна промышленного СОДАРа американской фирмы AeroVironment Inc.

II.  Основная часть

Во всех антеннах акустического зондирования атмосферы обязательным элементом конструкции является звукоизолирующий тубус или акустическое защитное ограждение. С его использованием достигается снижение уровня дальних боковых лепестков содарных антенн ( в том числе лежащих под углом 90° к главному лепестку ) на 20-30дБ. Для зеркальных акустических антенн и фазированных антенных решеток данный элемент конструкции выступает в роли дополнительного. Только в рупорных и рупорно-рефлекторных акустических антеннах он принадлежит к основным, представляющим собой отрезок звуковода с плавно расширяющимся от устройства питания сечением. Ценное качество рупорных антенн, способствующее низкому уровню дальних боковых лепестков, заключается в отсутствии во внутренней полости каких-либо держателей или траверс рассеивающих излучение. Немаловажная особенность антенн этого типа заключается в конструктивной простоте, выступающей предпосылкой невысокой стоимости их изготовления. Прямые пирамидальные или экспоненциальные рупоры использовать в акустической локации затруднительно ввиду вероятности прямого попадания осадков и пыли по вертикально устанавливаемому рупору в электроакустический преобразователь. С целью предотвращения возможности попадания осадков по рупору в преобразователь используют свернутые рупоры и рупоры с промежуточным рефлектором рупорнорефлекторные антенны.

Рупорные антенны, имея самую высокую потенциальную помехозащиту, и будучи наиболее простыми и дешевыми в изготовлении являются наилучшей основой для создания приемо-передающей акустической антенны аэродромного содара. Для рупорной акустической антенны вполне достижимым (с учетом принятия специальных мер по устранению расфазировке кромок раскрыва рупора, снижению их дифракционной способности и уменьшению фазовых искажений в раскрыве) является уровень боковых лепестков лежащих под углом 90° к главному лепестку порядка -60 дБ.

Произведем пересчет основных технических параметров трехлучевой гибридной акустической антенны фирмы AeroVironment Inc. СОДАРа типа М4000 предназначенной для работы на частоте звука Fav=4500 Гц на рабочую частоту F_s=2600 Гц.

Направляющая система антенны выполнена в виде клина (рис. 1) и имеет квадратный раскрыв 1-56-4 размером

S_h=[1 ,2x(Fav/F_s)]²=(1 ,2×1,731 )²=2,077×2,077 м.

Высота клина (прямая 1-2) равна 2,077 м, длина ребра клина (прямая 2-3) 0,84×1,731=1,45 м.

В рассматриваемой антенне к прямоугольнику 2-

1-          7-8 размерами 1.45×1.04 м² присоединен бокс, внутри которого размещена антенная решетка. Она создает три луча, выходящие после переотражений от стенок по направлениям X, Y, Z. В разрабатываемой антенне решетка заменяется тремя развернутыми рупорными излучателями, раскрывы которых вписаны в прямоугольник 2-3-7-8. Параметры решетки сильно изменяются с попаданием пыли, снега, насекомых и влаги в электроакустические преобразователи, а размещение их в горловине рупора позволяет лучше защититься от подобных воздействий и повысить помехозащищенность за счет исключения искажений диаграммы излучения и приема.

где F(@,f) спектральная плотность комплексных амплитуд излучения объекта; &(•) коэффициент изменения спектральных составляющих при прохождении среды; Й(-) функция диаграммы направленности (ДН) приемной антенны; п(-) аддитивная шумовая компонента; 0,0′ пространственные координаты; Q область наблюдения; S нелинейный оператор.

Поскольку подынтегральное выражение в (1) представляет двумерную свертку, то используя преобразования Фурье к параметрам выражения, уравнение наблюдения для РМС можно записать как

где Xi = ksin0coscp, /₂ = ksin0sincp .

Для двумерной дискретной свертки

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

• Предыдущая запись: ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЦИФРОВОГО ЭФИРНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ В УКРАИНЕ
• Следующая запись: МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛНОВОДНЫХ ФЕРРИТОВЫХ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕЙ КВЧ-ДИАПАЗОНА С УЧЕТОМ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И СБОРКИ

Похожие посты:

• АКТИВНАЯ ДИСТАНЦИОННО НАСТРАИВАЕМАЯ АНТЕННА (0)
• МИНИАТЮРНАЯ ШИРОКОДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ДЛЯ ЧАСТОТ 3-30 МГЦ (0)
• АНТЕННА ДЛЯ РАЗНЕСЕННОГО ПРИЕМА ЧМ СИГНАЛА АВТОМОБИЛЬНЫМ РАДИОПРИЕМНИКОМ (0)
• "Уоки-токи" на одной микросхеме (0)
• Простая антенна СВ-диапазона (0)
• Индикатор поля для настройки антенн (0)
• Коротковолновая антенна (0)