Электромагнитная совместимость антенн на борту летательного аппарата в условиях помех с большой мощностью

выражаются из формулы (1.1) :

(0.2)

, (0.3)

где

[о²¹(щ)] - прямоугольная матрица коэффициентов взаимной связи излучателей 1-й и 2_й ФАР; - укороченный вектор-строка весовых коэффициентов в ФАР2; - коэффициент передачи с выхода сумматора У₁ на вход n-го излучателя.

- весовой коэффициент n-го излучателя.

- коэффициент полезного действия компенсирующей цепи с учетом всех элементов фидерного тракта, включая вентиль.

Пункт 1.

Сначала найдём коэффициент взаимной связи двух антенн о²¹(щ) по формуле (1.3) :

, (0.4)

где - расстояние между фазовыми центрами n-го излучателя 1-й ФАР и m-го излучателя 2-й ФАР.

- максимальные значения КУ m-го и n-го излучателей на частоте.

- значения нормированных амплитудных ДН n-го и m-го излучателей в направлении друг друга (в направлении единичных векторов ).

- поляризация поля излучения m-го и n-го излучателей в направлении друг друга, определяющиеся в режиме передачи обеих антенн.

-коэффициент дифракции, учитывающий влияние объекта, на котором расположены антенны.

- представляет собой в данном случае расстояние между антеннами R=15 м.

- представляет собой в данном случае max коэффициента усиления антенны, так как этот параметр нормирован то максимальное значение будет равно единице, но с учетом того, что эти параметры измерены в направлении векторов , то они будут немного меньше единицы. Мы рассмотрим худший случай, поэтому эти параметры будут равны единице.

- представляет собой коэффициент поляризации, который будет учтен в расчёте.

- данный коэффициент учитывает поверхность, на которой расположена антенна и оказывает max влияние если он равен единице. Пусть =1.

Подставив параметры антенн : , , , R, , , в формулу (1.3), мы получим, что коэффициент связи о²¹(щ) равен 0,45 раза или -6 дБ.

Пункт 2.

Найдём чему равен < - укороченный вектор-строка весовых коэффициентов в ФАР2.

Пусть у нас равномерное распределение. Значит у каждого излучателя коэффициент одинаковый.

Рис.4.

Рис.5.

При общем количестве излучателей в передающей антенне N=1000 при мощности излучения Р_ПРД=2 кВт получим, что один имеет коэффициент

.

Пункт 3.

Рассмотрим коэффициент передачи с выхода сумматора У₁ на вход n-го излучателя .

Этот коэффициент представляет собой мощность на входе второй ФАР. Следовательно в данном случае он равен 0.45 кВт.

Пункт 4.

Рассмотрим весовой коэффициент n-го излучателя .

Так как рассматривается худший случай, то примем коэффициент излучателя равный единице, т.к. max значение коэффициента окажет максимальное воздействие.

Пункт 5.

Рассмотрим - коэффициент полезного действия компенсирующей цепи с учетом всех элементов фидерного тракта, включая вентиль.

Max значение данного коэффициента не может превышать единицу, примем этот коэффициент равным 0.7. Это означает, что общая энергия не превышает затраченную.

Пункт 6.

После того, как мы получили все данные для формулы (1.2) мы проведём расчёт без учёта коэффициента :

(0.5)

Примем за «х» :

После преобразований получим

,(0.6)

Откуда

, (0.7)

Построим зависимость коэффициента от х , где х - это коэффициент связи или весовой коэффициент n-го излучателя или коэффициент полезного действия или коэффициент передачи с выхода сумматора У₁ на вход n-го излучателя, а все остальные значения принимаются равными единице, чтобы оценить влияние каждого коэффициента в отдельности. Данная зависимость представлена на рис. 5. По рис. 5 можно оценить количество ответвления сигнала в компенсационный канал. Найдя значение нужного нам параметра на горизонтальной оси, мы сможем узнать степень ответвления сигнала и соответственно оценить степень его влияния на потерю сигнала. Вспомним, что ответвленный сигнал должен быть очень мал, чтобы не ощутить большие потери общего сигнала. Соответственно ответвленный сигнал должен быть равен примерно 10 - 30% от общего сигнала, данные значения ответвленного сигнала достигаются при параметре х равным от 0.1 до 0.3.

Рис 5.

1.1.10 Оценка влияния параметров определяющих степень ответвления сигнала

Произведем оценку степени влияния параметров :

1) Коэффициента взаимной связи двух антенн о²¹(щ),

2) < - укороченного вектора-строки весовых коэффициентов в ФАР2,

3) Коэффициента передачи с выхода сумматора У₁ на вход n-го излучателя ,

4) Весового коэффициента n-го излучателя ,

5) Коэффициента полезного действия компенсирующей цепи ,

На количество ответвлённого сигнала, который поступает в компенсационный канал с дальнейшим усилением. Напомним, что ответвленный сигнал должен быть очень мал, чтобы не создать большие потери основному сигналу. По графику на рис. 5 можно понять, что ответвленный сигнал будет оптимальным для нашей задачи, если он будет равен 20-30%. Это достигается, когда параметр «х», в который входят все переменные, влияющие на степень ответвления сигнала, будет равен от 0.1 до 0.3. Представим возможные группировки вариантов параметра «х» в таблице, посчитав при этом значение ответвленного сигнала. В данной оценки будет рассмотрен наилучший и наихудший случаи с точки зрения ЭМС. Данные значения параметров будут взяты из предыдущих расчётов.

Итоговые значения были вычитаны по формулам:

Таблица 4.

По итоговым значениям ответвленного сигнала для наихудшего и наилучшего случая видно, что в первом случае понадобится малое ответвление сигнала с дальнейшим усилением в компенсационном канале, во втором же случае понадобится ответвление почти всего сигнала. Это связано с тем, что во втором случае работа идёт, когда антенные системы направлены друг на друга и расчёт происходит на больших мощностях. Второй случай является недопустимым, так как такой процент мощности ответвить невозможно, так как произойдёт полная потеря основного сигнала. Для первого же случая коэффициент ответвления сигнала равный 0.166 является приемлемым.

1.1.11 Способы уменьшения влияния двух антенных систем друг на друга

Рассмотрим способы уменьшения влияния двух антенных систем более подробно:

1) Экранирование - это способ ослабления помех с помощью металлической оболочки.

Требования к экрану :

· Тепловой режим

· Пыле-влагозащищённость

· Устойчивость к механическим воздействиям

· Ремонтоспособность

Типы экрана :

· Прямоугольный

· Круглый

· Особой формы

Материал экрана :

· Латунь

· Медь

· Серебро

Основным параметром экрана является его толщина , чем она больше тем больше экранирование. В СВЧ диапазона толщина экрана имеет размерность мкм. Очень сильно влияет форма экрана. Чем больше частота тем больше проникновение и меньше отражения. Экранирование является одним из более значимых способов уменьшения влияния одной антенны на другую.

2) Корректировка ДН - механический поворот одной из антенн, чтобы уменьшить пересечения диаграмм направленности двух антенн, основного луча и минимальное пересечение боковых лепестков. Этот способ является малоиспользуемый, так как для многих решений задач этот метод недопустим.

3) Развязка по времени - так как у нас две антенны работают на передачу и приём, то в тот момент, когда одна антенна передаёт сигнал, то вторая принимает сигнал в это же время. Если в момент передачи 1-й антенной, выключить вторую антенну, то влияние двух антенн будет нулевым. Этот способ имеет один большой недостаток, так как в момент отключения антенны второй мы можем пропустить нужный сигнал, который на самом деле должны были принять.

4) Фильтр - при расчёте коэффициента связи двух антенн на разных частотах, мы видим, что спектры сигналов разнесены на большое расстояние и пересекаются только боковыми лепестками. В этом случае можно поставить фильтр. Главная проблема возникает в фильтрации одного из сигналов, так как на вход фильтра проходит часть второго сигнала и часть первого сигнала теряется, поэтому эта погрешность называется аномальной, так как проявляется в потере сигнала и в приобретении шумовой составляющей. Фильтрация производится идеальным фильтром с прямоугольной ЧХ. Данная проблема решается особой формой ЧХ и обработкой сигнала в ПРМ-ПРД тракте на высокой частоте.

Рис.2.

1 - зона помехи. 2 - зона потери сигнала.

5) Уменьшение мощности передающей антенны - при уменьшении мощности передающей антенны, данная мощность сигнала потерпит потери в фидерном тракте антенной системы и при распространении в пространстве, соответственно уровень мощности должен стать таким, чтобы приёмная антенна данную мощность сигнала не почувствовала. Данное решение проблемы влияния двух антенных систем друг на друга приведёт к уменьшению дальности бортового оборудования, которое расположено на ЛА.

Ранее приводилась таблица дальностей бортового оборудования радиолокационного комплекса «Шмель»:

Соответственно, чтобы приёмная антенна не почувствовала сигнал, нам нужно от мощности передатчика отнять разницу между пришедшим сигналом и чувствительностью приёмника. Мощность передатчика= 33 дБВт. Разница между пришедшим сигналом и чувствительностью приёмника составляет 130,3 дБ в лучшем случае и 229,1 дБ в худшем случае.

Произведём расчёт мощности передатчика для двух случаев :

1) Вт.

2) Вт.

Дальность действия оборудования уменьшится при данных мощностях передатчика:

Делаем вывод, что на таких дальностях данный радиолокационный комплекс работать не сможет. Можно использовать уменьшение мощности частично, чтобы потом применить другие методы уменьшения влияния двух антенных систем друг на друга.

Размещено на Allbest.ru