Антенн, применяемых в средствах связи и РТО.

Учебные и воспитательные цели:

· совершенствовать знания в конструкции антенных систем средств связи и РТО полетов авиации;

· формировать у студентов высокие морально-психологические качества будущего защитника Отечества;

· воспитывать у студентов чувство личной ответственности за качественную эксплуатации и бережное отношение к технике связи;

· прививать командные и методические навыки при проведении занятий по военно-специальной подготовке.

Время:90 минут

Расчет учебного времени:

Материальное обеспечение:

1. Антенно-фидерная система РСБН.

2. Журнал учета учебных занятий по военной подготовке.

3. Методическая разработка, план проведения практического занятия, задание на практическое занятие.

Литература:

1. Федеральные авиационные правила. «Нормы годности к эксплуатации аэродромов государственной авиации». Аэродромы для базирования самолетов и авиационных частей. НГЭАГосА.А. Приложение к приказу МО. РФ. от 02.11.2006 г. №455.

2. Техническое описание РСБН-4Н.

3. Инструкция по эксплуатации РСБН-4Н.

4. Радиотехнические средства обеспечения полетов. Ч.-1,2. – «М»., ВИ., 1985 г.

5. Основы функционирования и эксплуатации средств радиотехнического обеспечения полетов авиации Ч.-1,2. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ,2007 г.

Методические указания по подготовке и проведению занятия:

I. При подготовке к проведению занятия преподавателю необходимо:

а) восстановить в памяти материал по следующим источникам:

РСБН-4Н, техническое описание и инструкция по эксплуатации;

б) повторить материал предыдущего группового занятия;

в) определить по журналу отстающих курсантов и на основе этого спланировать консультации, а при необходимости – дополнительные занятия в часы самостоятельной работы.

II. При проведении занятия:

В качестве учебных целей определить:

а) уровень знаний курсантов по мерам безопасности при работе с антенными системами, средств связи и РТО полетов авиации;

в) правильность знаний курсантов по основным характеристикам, классификации, конструктивным особенностям антенных систем средств связи и РТО полетов авиации.

При вступлении:

    Преподаватель проводит краткий инструктаж по требованиям техники безопасности при работе с антенными системами средств связи и РТО полетов. Курсанты расписываются в книге инструктажа по требованиям безопасности.

В основной части:

    Преподаватель назначает два учебных места для проведения практического занятия.

1-е учебное место – проверка знаний курсантов по основным характеристикам и конструктивным особенностям антенной системы азимутального канала радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н.

Курсанты докладывают преподавателю основные характеристики и конструктивные особенности антенной системы азимутального канала радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н.

Преподаватель задает вопрос: «Доложите основные характеристики и конструктивные особенности азимутального канала антенной системы радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н».

Ответ:

Азимутальная антенна приводится во вращение с помощью стабилизированного электропривода, частота вращения которого составляет 100 об/мин. Параболический отражатель антенны имеет раскрыв в горизонтальной плоскости 4 м, в вертикальной – 1,6 м, фокусное расстояние – 1,2 м.

Для уменьшения аэродинамического сопротивления антенны поверхность отражателя выполнена в виде металлической сетки с прямоугольными ячейками, имеющими горизонтальный размер 120 мм, вертикальный- 15 мм. Это обеспечивает для горизонтально поляризованной волны излучаемого поля уровень обратного излучения не более 1 %. В нижней части зеркала отражателя 5 (рис. 2) установлена дополнительная изогнутая металлическая пластина ОАБ, смещенная вниз относительно фокальной оси. Наклон облучателя и дополнительная пластина обеспечивают формирование в вертикальной плоскости ДНА специальной формы.

Конструкция АНВ выполнена с учетом требований максимальной прочности, легкости и удобства эксплуатации. Отражатель антенны выполнен разборным и состоит из центральной и двух боковых частей, которые могут легко складываться при транспортировании. Устанавливается антенна на кронштейне колонны привода, внутри которой расположен вращающийся переход, соединенный с облучателем. Вращается АНВ внутри устройства ветровой защиты, которое состоит из 15 элементов двойной крутизны и выполнено в виде бескаркасной оболочки каплевидной формы из радиопрозрачного сотового материала толщиной 8 мм.

Облучатель представляет собой прямоугольный резонатор 1 (рис.2), на широкой стенке которого прорезаны две параллельные щели 2, которые закрыты пластинами из пенополистирола 3. Возбуждение резонатора осуществляется с помощью зонда 4, введенного в резонатор со стороны широкой стенки волновода. Размеры резонатора обеспечивают возбуждение в нем волны типа Н₀₁ (для диапазона частот азимутального передатчика). Описанная антенна эквивалентна системе из двух симметрично разнесенных относительно фокальной оси и противофазно запитанных антенн, которая имеет, как известно, двухлепестковую ДНА в горизонтальной плоскости. На рис. 1 изображена ДНА АНВ в горизонтальной плоскости. Крутизна внутренних фронтов результирующей ДНА больше крутизны фронтов индивидуальных диаграмм излучателей и достигает максимума при их пересечении на уровне 0,707 от максимальной напряженности полей индивидуальных диаграмм.

Использование двухлепестковой с нулем посередине ДН дает ряд существенных преимуществ по сравнению с однолепестковой:

1. При одном и том же горизонтальном размере антенны крутизна внутренних фронтов двухлепестковой ДН на уровне -6 дБ примерно в 1,5 раза больше соответствующей крутизны фронтов однолепестковой ДН. А увеличение крутизны фронтов повышает точность фиксации уровня ДН, по которому определяется момент прохождения АНВ направления на ЛА, и соответственно повышает точность определения его азимута.

2. Повышается точность определения азимута за счет того, что на форму внутренних фронтов меньше влияет вторичное излучение от корпуса ЛА, так как последний находится в зоне нулевого излучения.

3. Узкая двухлепестковая ДН в горизонтальной плоскости уменьшает возможность искажения ДН за счет вторичного излучения от предметов, находящихся в зоне действия РМ.

Использование одного двухщелевого облучателя вместо двух раздельных исключает возможность уменьшения крутизны внутренних фронтов и их несимметрию из-за несимметричности тройников, запитывающих облучатели, а также упрощает конструкцию и процесс настройки антенны.

В вертикальной плоскости АНВ имеет ДНА по форме близкую к косекансной. Для формирования такой ДНА в вертикальной плоскости используются наклон облучателя и дополнительная отражающая пластина (рис. 2).

Рис. 1. Диаграмма направленности АНВ в горизонтальной плоскости

Диаграмма направленности в вертикальной плоскости формируется в результате сложения лучей, создаваемых в зеркале отражателя тремя источниками: реальным облучателем 1 и двумя мнимыми (2 и 3), расположение которых определяется формой и расположением отражающей пластины 4. Отражающая пластина состоит из двух элементов: плоской горизонтальной части АБ, смещенной вниз относительно фокальной оси на 260 мм, и изогнутой части пластины ОА. Сечение изогнутой части пластины горизонтальной плоскостью, проходящей через середину размера ОА (точа С), представляет собой параболу с фокусным расстоянием 1,2 м.

На рис. 2 приведена ДНА АНВ в вертикальной плоскости. Параметры ее зависят от размеров основного отражателя и дополнительной пластины, от углов наклона облучателя относительно фокальной плоскости и отражателя относительно горизонта.

Для создания непрерывной зоны обзора в вертикальной плоскости регулировка углов установки элементов антенны осуществляется таким образом, чтобы максимум ДНА был расположен под углом 6⁰ относительно горизонта. Подъем максимума ДНА на этот угол (для принятой высоты расположения антенны 3,7 м) обеспечивает пересечение ее с отражающей поверхностью (землей) на уровне 0,707 максимальной напряженности поля, что значительно улучшает непрерывность зоны обзора.

Рис.2. ДН Антенны направленной вращающейся в вертикальной плоскости (1- ДН реального облучателя /1 на рис.2/, 2- ДН 1-го мнимого облучателя /3/, 3- ДН 2-го мнимого облучателя /4/)

Антенна всенаправленная азимутальная опорных сигналов.

Передающие антенны импульсных передатчиков (азимутального и дальномерного каналов) предназначены для формирования круговых ДН в горизонтальной плоскости, обеспечивающих перекрытие зоны обзора в вертикальной плоскости до 45⁰. Радиомаяк РСБН-4Н имеет две передающие антенны, излучающие импульсные сигналы: антенну дальномерного ПРД и антенну азимутально-опорного ПРД. Принцип действия и конструкция этих антенн аналогичны. Некоторое различие связано лишь с различными диапазонами рабочих частот (ДК: 939,6…1000,5 мГц, АК: 873,6…935,2 мГц). Поэтому диаметр кольцевого излучателя антенны АК составляет 150 мм, т.е. чуть больше, чем в ДК.

2-е учебное место – проверка знаний курсантов по основным характеристикам и конструктивным особенностям антенной системы дальномерного канала и КВП радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н.

Курсанты докладывают преподавателю основные характеристики и конструктивные особенности антенной системы дальномерного канала и КВП радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н.

Преподаватель задает вопрос: «Доложите основные характеристики и конструктивные особенности дальномерного канала и КВП антенной системы радиотехнической системы ближней навигации РСБН-4Н».

Ответ:

Антенна передающая ДК.

Антенна представляет собой вертикальный ряд из 9 трехвибраторных излучателей кольцевого типа 1-9 (рис.3), обеспечивающих ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости при горизонтальной поляризации излучаемого поля. Между излучателями 5 и 6 помещен проволочный экран 10 диаметром 1 м. Расстояние между излучателями ряда равно 0,75 l, расстояние от экрана до излучателей 5 и 6 составляет 0,5 l. Подводимая импульсная мощность от ПРД ДК распределяется между вибраторами с помощью делителей мощности ДМ1 и ДМ2. Делитель мощности ДМ1 делит входную мощность между рядом, состоящим из 8-ми излучателей, и пятым излучателем в соотношении 1:2, т.е. на излучатель 5, расположенный над экраном, поступает 2/3 подводимой мощности. Делитель мощности ДМ2 обеспечивает распределение поровну оставшейся 1/3 мощности между 8-ю излучателями.

Рис. 3. Принципиальная схема антенны передающей ДК

Фазовращатель j обеспечивает перестройку антенны на определенных участках частотного спектра.

Трехвибраторный излучатель антенны (рис. 4) представляет собой систему из трех разнесенных по окружности изогнутых полуволновых вибраторов 1 (кольцевой излучатель). Диаметр трехвибраторного излучателя данной антенны равен 144 мм. Каждый полуволновой вибратор связан зондом с внутренним коаксиалом 2.

Рис.4. Конструкция и распределение тока на поверхности излучателя

Если все вибраторы ряда запитать синфазно, в вертикальной плоскости будет сформирована ДНА, максимум которой направлен перпендикулярно антенне (вертикальному ряду излучателей), т.е. вдоль горизонта. За счет влияния земли ДН будет иметь интерференционную структуру. Для уменьшения провалов максимум ДНА поднят над горизонтом на угол 3,5⁰. Для подъема максимума ДНА длина кабелей, идущих на линейный ряд (рис.3) из 8-ми излучателей (кроме излучателя 5), выбирается таким образом, чтобы обеспечить линейное изменение фаз питания элементов ряда. Так, если длина кабеля, идущего к 1-ому (верхнему) излучателю, равна l, то длину кабелей, идущих ко 2-ому, 3-ему и т.д. излучателям, необходимо брать соответственно равными:

l₂=l₁-Dl,

l₃=l₂-Dl=l₁-2Dl,…

l_n=l₁-(n-1)Dl

Укорочение кабеля Dl, необходимое для обеспечения требуемого угла подъема a максимума ДНА, определяется следующим выражением:

Dl=(n-1)×d×sina/ с,

где n- номер излучателя (считая сверху), d- расстояние между излучателями ряда, e- диэлектрическая проницаемость изоляции кабеля.

На рис. 5 представлена ДНА передающей ДК в вертикальной плоскости. Результирующая ДН 3 определяется как сумма двух ДН 1 (излучателей 1-4, 6-9) и 2 (пятого излучателя с экраном). При подъеме максимума ДНА вертикального ряда из 8-ми излучателей на угол 3,5⁰ обеспечивается непрерывная зона обзора в вертикальной плоскости до углов места 15⁰. Для перекрытия зоны обзора по углу места от 15⁰ до 45⁰ служит антенная приставка, состоящая из 5-го излучателя и экрана, имеющая широкую ДНА 2, максимум которой располагается под углами места 40⁰-45⁰ по отношению к горизонту.

Рис.5. ДНА передающей ДК в вертикальной плоскости

Конструктивно антенна представляет собой цельную конструкцию, состоящую из 9-ти трехвибраторных излучателей, соединенных трубой из дюралюминия и заключенных в кожух из стеклотекстолита. В этом же кожухе в нижней расширенной ее части укреплены на кронштейнах два делителя мощности и фазовращатель. Ручка управления фазовращателем выведена в нижней части антенны и закрывается крышкой.

В отличие от антенны верхних углов мощность, подводимая к антенне, распределяется между рядом из восьми излучателей и одиночным излучателем с экраном таким образом, что в одиночный излучатель с экраном поступает 2/3 всей мощности. Деление мощности рядом из восьми излучателей и одиночным излучателем осуществляется с помощью делителя мощности на два направления.

На рисунке 6 представлена принципиальная схема такого делителя.

Делитель мощности представляет собой коаксиальный тройник, отводы которого имеют разные волновые сопротивления. Волновые сопротивления четверть волновых участков ("ав" и "вс") подобраны так, чтобы сопротивления нагрузок, включенные в точки «а» и "с" тройника пересчитанные в точку разветвления "в" обеспечивали деление мощности 1:2. При этом мощности, идущие в каналы I и 2 тройника (Р1 и Р2) связаны с волновыми сопротивлениями отводов (r1 и r2) следующим соотношением:

Вход делителя мощности на два направления выполнен под кабель РК-75-17- 5.

Рис. 6. Антенный переключатель антенны ДК.

Передающая антенна ретранслятора дальномера предназначена для создания диаграммы направленности специального типа, обеспечивающей в вертикальной плоскости зону обзора до 45°. Для того чтобы близко расположенные элементы конструкции не влияли на работу передающей антенны дальномера, она устанавливается на удалении 10 м от аппаратной машины. Электрический центр ее находится на высоте 5,7 м относительно земли.

По конструкции и принципу рабом передающая антенна ретранслятора дальномера аналогична приемной антенне верхних углов.

Антенна состоит из ряда девяти трехвибраторных излучателей. Между 5-м и 6-м излучателями находится проволочный экран диаметром I м.

Расстояние между излучателями ряда равно 0,75 l, расстояние от экрана до пятого и шестого излучателей антенны составляет 0,5 l. Мощность к восьми излучателям ряда (1,2,3,4,6,7,8,9) подводится от делителя мощности на восемь направлений с помощью кабеля РК-75-4-П. Мощность к пятому излучателю подводится отдельно кабелем РК-75-9-13.

Антенный коммутатор

С выхода последнего каскада блока генератора БГ-004 высокочастотные импульсные сигналы заданной мощности через фидер уголковый с поворотом на 180° поступает в антенный переключатель.

Антенный переключатель (коммутатор) предназначен для переключения передающей антенны ретранслятора дальномера с одного передатчика на другой и выполненный на полосковой линии.

На рисунке 7 приведено схематическое изображение переключателя.

Переключатель состоит из двух параллельных металлических пластин, между которыми помещен внутренний проводник полосковой линии. Центральная часть полосковой линии вращается относительно оси, проходящей через точку 0.

Переключение каналов осуществляется за счет переброса внутреннего проводника подвижной части переключателя из одного положения в другое. При этом происходит подключение внутреннего проводника подвижной части полосковой линии к внутреннему проводнику выхода и одного из входов переключателя.

Внутренний проводник подвижной части полосковой линии укрепляется на изоляторах. Выходы и входы переключателя имеют сечение30х8,6мм.

Переключение каналов происходит при подаче соответствующих управляющих напряжений на электрическуюсхему, которая приводит в действие электродвигатель, осуществляющий поворот подвижной части до соединения внутренних проводников неподвижной и вращающейся частей переключателя.

Переключатель обеспечивает развязку между каналами 33 дБ и коэффициент бегущей волны не менее 0,9 в диапазоне частот.

Принципиальная электрическая схема привода полоскового переключателя приведена в альбоме схем.

С выхода антенного переключателя высокочастотные импульсные сигналы через направленный ответвитель высокочастотного блока ВИ-001 поступают по кабелю РК-75-17-31 на передающую антенну.

Рис. 7. Схематическое изображение переключателя

Антенны приемные ДК.

Приемные антенны РСБН-4Н предназначены для приема высокочастотных сигналов в диапазоне частот 772…812,8 мГц, излучаемых самолетным передатчиком СЗД. В состав приемных антенн входят две антенны: приемная антенна верхних углов (АВУ) и приемная антенна нижних углов (АНУ). Применение двух антенн связано с необходимостью перекрытия зоны обзора в вертикальной плоскости от 0⁰ до 45⁰.

Приемная АНУ предназначена для обеспечения требуемой дальности под малыми углами к горизонту. Увеличение дальности под малыми углами достигается за счет увеличения высоты подвеса этой антенны (8,5 м), а также за счет уменьшения угла возвышения максимума напряженности поля над горизонтом.

Конструкция АНУ аналогична рассмотренным всенаправленным антеннам. Вертикальный ряд состоит из 8-ми кольцевых излучателей, диаметр которых составляет 184 мм (так как длина волны больше) и разнесенных на расстояние 0,88 l. Антенна обеспечивает перекрытие зоны обзора в вертикальной плоскости до углов места 12⁰-15⁰, при этом под углами места 1-1,2⁰ к горизонту имеется глубокий интерференционный минимум.

Приемная антенна верхних угловпредназначена для обеспечения перекрытия зоны обзора в диапазоне углов места 15-45⁰, а также для перекрытия первого интерференционного минимума АНУ. Конструктивно антенна представляет собой вертикальный ряд из 9 кольцевых излучателей и аналогична передающей антенне ДК. Под верхним излучателем устанавливается металлический экран диаметром 400 мм. Высота установки антенны 5,7 м относительно уровня земли. Обе приемные антенны устанавливаются на кузове аппаратной.

АФУ индикаторного канала и КВП.

Антенна контрольно-выносного пункта (КВП) предназначена для приема высокочастотных сигналов (дальномерных, азимутальных непрерывных и опорных), излучаемых антеннами радиомаяка. Устанавливается антенна КВП на расстоянии 130 м от аппаратной машины на высоте 5,6 –6,1 м.

Антенна КВП выполнена в виде параболоида вращения диаметром 800 мм, в фокусе которого установлен вибраторный излучатель с контррефлектором. Отражатель антенны выполнен из алюминия толщиной 1.5 мм и имеет фокусное расстояние 320 мм. Ширина ДНА на уровне 0,707 составляет: в горизонтальной плоскости 28⁰40¹, в вертикальной плоскости 24⁰.

АФУ ВИКО предназначено для приема ВЧ сигналов радиомаяка (сигналов ретрансляции, импульсов 35, 36, 180). В зависимости от удаления ВИКО от радиомаяка в качестве приемной антенны может использоваться параболическая антенна (при удалении до 30 км) или рамочная антенна (при удалении до 5 км).

Параболическая антенна ВИКО выполнена в виде параболоида вращения, в фокусе которого установлен облучатель, выполненный в виде трубчатого вибратора с линейным контррефлектором. Конструктивно отражатель выполнен из сетки, изготовленной в виде горизонтальных стальных проволок диаметром 1,5 мм, натянутых на расстоянии 15 мм друг от друга. Ширина ДНА на уровне 0,707 составляет: в горизонтальной плоскости не более 25 %, в вертикальной – не более 20 %. Параболическая антенна устанавливается на мачте высотой 10 м. Рамочная антенна ВИКО состоит из 2 рамочных излучателей и одного плоского рефлектора. Каждый излучатель состоит из рамки- вибратора и рамки- директора. Ширина ДНА в горизонтальной плоскости 42⁰. Высота подвеса антенны 5 м. Как параболическая, так и рамочная антенна может быть удалена от ВИКО на расстояние до 50 м, что определяется длиной соединительного кабеля, входящего в комплект ВИКО.