АНТЕННА ДЛЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ НАД АЭРОДРОМОМ

August 8, 2012 by admin Комментировать »

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 Fs=2600 Гц.

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

Sh=[1 ,2x(Fav/Fs)]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.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты