Практическое занятие № 6 Конструктивные особенности антенных систем средств связи и РТО полетов авиации.

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 РСП.

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 РСП-6М2.

3. Инструкция по эксплуатации РСП-6М2.

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

5. Основы функционирования и эксплуатации средств радиотехнического обеспечения полетов авиации Ч.-3. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ,2007 г.

Методические указания по подготовке и проведению занятия:

IV. При подготовке к проведению занятия преподавателю необходимо:

а) восстановить в памяти материал по следующим источникам:

РСП-6М2, 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.

V. 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, конструктивным особенностям антенн и формированием диаграмм направленности радиолокационной системы посадки РСП-6М2.

Курсанты докладывают преподавателю основные характеристики, конструктивные особенности и формирование диаграмм направленности антенной системы радиолокационной системы посадки РСП-6М2».

Преподаватель задает вопрос: «Доложите основные характеристики, конструктивные особенности и формирование диаграмм направленности антенной системы радиолокационной системы посадки РСП-6М2».

Ответ:

Особенности АФУ, работающих в режиме активной радиолокации.

Характерной особенностью АКТ режима ДРЛ является возможность запроса ответчиков и получение от них ответных сигналов по боковым лепесткам. Это особенно проявляется на малых дальностях до летательных аппаратов (15…30 км). В этом случае экран ДРЛ засоряется ложными координатными отметками (рис.1).

    а) Экран ИКО                            б) Тактическая обстановка

                                                              в районе ДРЛ

Рис. 1.

Они имеют вид концентрических окружностей, образованных “пунк­тирами”. Это затрудняет работу оператора и может привести к неправильному определению азимута целей.

Для борьбы с этим явлением в настоящее время применяют два метода подавление ложных ответных сигналов:

· по каналу запроса

· по каналу ответа.

Подавление сигналов, принятых по боковым лепесткам диаграммы на­правленности антенны заключается в выделении из всей совокупности запросных (ответных) сигналов только сигналов, принятых по основному лучу диаграммы направленности. В ДРЛ-6М2 используется метод подавления по каналу ответа. В качестве анализируемого параметра в сигнале может быть амплитуда или фаза сигналов. В ДРЛ-6М2 критерием на принятие решения при подавлении ложных ответных сигналов является различие в амплитудах сигналов, принятых по основному и боковым лепесткам ДН. Для уяснения принципа работы устройства подавления ложных ответных сигналов рассмотрим схему подавления амплитудного типа (рис. 2).

Рис. 2

На выходе ограничителя (снизу) в силу амплитудных различий будет выделена только Ц1. Недостатками такого схемного решения являются:

· подавление полезного сигнала от целей в основном луче;

· необходимость иметь идентичные приемники с большим динамическим диапазоном .

Из-за старения элементов, эксплуатационных условий и т.п. обеспечить соблюдение такого условия достаточно сложно.

Для устранения первого недостатка необходимо иметь диаграмму направленности А_П с провалом в направлении основного лепестка А₀ (Рис. 3).

Однако реализовать такую ДН А_П технически сложно.

Повышение динамического диапазона приемного устройства достигается применением УПЧ с логарифмическими амплитудными характеристиками, схем ВАРУ. В ДРЛ РСП-6М2 для устранения этих недостатков реализованы следующие технические решения: ДН антенн (их 2) подавления имеют провал в направлении максимума основного лепестка А₀ (q = 0, рис. 3), применена схема управляемого аттенюатора, через который проходят одновременно смешанные сигналы от антенн А₀ и А_П, а также фазовый метод подавления.

В соответствии с этим методом амплитудное различие сигналов с антенн А₀ и А_П на входе приемника преобразуется в фазовые различия и после идентичного усиления в одном приемнике обратное преобразование с последующим сравнением амплитуд. Так достигается идентичность усиления сигналов, принятых антеннами А₀ и А_П, эффективность подавления ложных ответных сигналов.

АФУ состоит из:

· антенной системы, включающей антенну основного канала А₀ и двух антенн подавления А_П;

· элементов и узлов, обеспечивающих: развязку ПРИ и ПРД в режимах приема и передачи, подавление переотраженной волны за счет несогласованностей, а также устройств развязки первичного и вторичного каналов, ответвителей сигналов, вращающиеся переходы;

· электропривода.

· диапазон частот – дециметровый (l = 34, 35, 36 см);

· скорость вращения — W_А = 10 об/мин;

· привод от асинхронного двигателя с редуктором, включение – на БТУ тумблером “Антенна”;

· вращению предшествует звуковой сигнал длительностью 30 с ревуна;

· основная антенна зеркального типа с размерами (рис. 4):

d_Г = 9 м, d_В = 4 м;

· фокусное расстояние f_З = 2,7 м; поляризация – горизонтальная.

Рис. 4

· диаграмма направленности имеет вид, приведенный на рис. 5.

а) вертикальная плоскость

б) горизонтальная плоскость

Рис. 5

· трехрупорный облучатель с делителем мощности с коэффициентами 10:2,5:1 обеспечивает расширение зоны обзора до 22⁰;

· коэффициент усиления антенн – К_УО = 900, К_УП = 11.

· антенна подавления зеркального типа, в качестве зеркала используется вырезка из цилиндра, а облучатели из симметричных полуволновых вибраторов (рис. 6) (в последних РСП – линейная АР, облучатели – не­симметричные вибраторы);

· суммирование сигналов с помощью кольцевого сумматора с различными коэффициентами;

· поляризация сигналов – горизонтальная.

Рис. 6.

2-е учебное место - проверка знаний курсантов по особенностям линий передачи высокочастотной энергии, их элементов, а также приема и передачи сигналов антенной системы радиолокационной системы посадки РСП-6М2.

Курсанты докладывают преподавателю особенности линий передачи высокочастотной энергии, их элементов, а также приема и передачи сигналов антенной системы радиолокационной системы посадки РСП-6М2.

Преподаватель задает вопрос: «Доложите особенности линий передачи высокочастотной энергии, их элементов, а также приема и передачи сигналов антенной системы радиолокационной системы посадки РСП-6М2.

Ответ:

На рис.7 приведена структурная схема АФУ. Рассмотрим назначение основных элементов схемы. Ответвители отбирают часть энергии для работы схемы АПЧ магнетрона в блоки подстройки частоты (БПЧ), а также фазирования когерентного гетеродина. Антенные переключатели (АП) подключают антенны через фидерный тракт к ПРД в режиме во время генерирования зондирующих импульсов и к ПРМ при приеме отраженных сигналов.

Рис.7.

Реле РЭВ-15 подключает входы УВЧ к АП по истечении 20 с после установления номинальной величины тока магнетрона. Переключатель и ограничитель обеспечивают дополнительную защиту УВЧ от просачивающейся энергии магнетрона через АП после срабатывания РЭВ-15.

Фильтр высокой частоты (ФВЧ) пропускает только высокочастотные сигналы от ПВК.

Фильтр низкой частоты (ФНЧ) настроен на частоту самолетного ответчика.

Делитель мощности обеспечивает деление ответного сигнала с А₀ на 2 равные части.

Кольцевой мост (КМ) служит для получения суммарного и разностного сигналов из сигналов антенн А₀ и А_П. Такое преобразование сигналов обусловлено фазовым методом подавления ложных ответных сигналов от самолетного ответчика.

Устройство сложения мощностей (УСМ) (рис. 8) служит для объединения высокочастотных сигналов трех передатчиков, работающих на разных частотах в интересах их дальнейшей трансляции к облучателю по одному фидеру. Отраженные сигналы в УСМ разделяются по частотному признаку и передаются к соответствующим приемникам.

Рис.8.

УСМ состоит из четырех коаксиальных мостов У3,…,У6, восьми фильтров У7…У14, двух эквивалентных антенн У15, У16. Фильтры У9, У10 на­строены на рабочую частоту приемопередатчика ППД-2, а У13, У14 – ППД-1. Фильтры У7, У8, У11, У12 по отношению к остальным являются широкополосными и пропускают сигналы на всех рабочих частотах ПВК, ППД-1, ППД-2, но не пропускают ответный сигнал самолетного ответчика (f_ОС = 740 МГц). Особенности работы коаксиального моста: каждое плечо моста обеспечивает сдвиг по фазе 90⁰, мощность сигнала, поступившая на один из входов делится поровну между плечами моста.

Потери АФУ составляют: в режиме передачи первичного канала – 4 дБ, в режиме приема первичного канала – 5 дБ, и в канале подавления – 8 дБ, вторичный канал в режиме передачи – 4 дБ, в режиме приема – 10 дБ.

АВС должна обеспечивать передачу и излучение очень мощных импульсов ЭМ энергии в строго определенном секторе углов. Поэтому она должна обладать необходимой электрической прочностью и надежностью. Для приема слабых отраженных сигналов АВС должна обладать малыми потерями. Учитывая многорежимность ПРЛ-6М2 АВС должна включать в себя необходимый набор коммутирующих элементов.

АВС ПРЛ-6М2, предназначена для излучения мощных и приема отра­женных радиоимпульсов по каналам курса (К) и глиссады (Г), а также приема сигналов самолетного ответчика.

В состав АВС ПРЛ-6М2 входит:

4. канал секторного обзора (антенна курса, антенна глиссады, волноводный тракт);

5. канал подавления по запросу (антенна подавления канала курса, антенна подавления канала глиссады, волноводный тракт);

6. канал приема ответа.

Прием и излучение сигналов по К и Г осуществляется в сантиметровом диапазоне волн, что позволяет получить узкие диаграммы направленности антенн по сравнению с ДРЛ-6М2. При этом вместо фидерных линий пере­дачи (как в ДРЛ-6М2) используются волноводы. Это позволяет увеличить передаваемую мощность, уменьшить затухание, при этом КСВ£1,25 против КСВ£1,67 для фидерных линий. Применяются волноводы прямоугольного сечения (волна Н₁₀). Для построения вращающихся и качающихся переходов находят широкое применение волноводы круглого сечения (волна Е₀₁). В прямоугольных волноводах (рис.1 а, б) обычно выполняются соотношения между размерами сторон, диаметром и длиной волны.

Для прямоугольного волновода:

а » 0,8×l;

в »  0,3…0,35×l.

Для круглого волновода:

l_КР = 1,31×d.

Ширина диаграмм направленности антенн равны:

Антенна курса:       горизонтальная плоскость - 2Q^Г_0.5к= 0,7⁰;

                                 вертикальная плоскость  - 2Q^В_0.5к= 3,0⁰.

Антенна глиссады:  горизонтальная плоскость - 2Q^Г_0.5г= 4,0⁰;

                                 вертикальная плоскость  - 2Q^В_0.5г= 0,5⁰.

Антенна подавления канала курса                                 - 2Q_0.5пк= 5,0⁰.

Антенна подавления канала глиссады                 - 2Q_0.5пг= 3,5⁰.

Антенна приема ответа: горизонтальная плоскость - 2Q^Г_0.5о= (75…80)⁰;

                                  вертикальная плоскость - 2Q^В_0.5о= 19⁰.

Углы обзора пространства увеличены и составляют:

Ф_АЗ = 35⁰ (± 17,5⁰);

Ф_УМ = 9⁰ (-1…+8)⁰.

Благодаря узким диаграммам направленности обеспечивается хорошая раз­решающая способность по угловым координатам.

Антенны К и Г последовательно записываются от передатчика сектор­ного обзора через коммутатор антенн (рис.2).

Рис.10. Цикличность работы КА ПРЛ-6М2

Одинаковая вероятность обнаружения при секторном обзоре по К и Г обеспечивается одинаковой скоростью перемещения лучей диаграммы на­правленности антенн. При этом, в моменты близкие к реверсу привода ( ско­рость перемещения близка к нулю) антенны отключаются от передатчика. На время переключения приемники К и Г запираются, что защищает от пробоя их входные каскады.

При выходе из строя передатчика секторного обзора может использо­ваться передатчик канала подавления. Такая возможность повышает надеж­ность системы.

Скорость качания антенн – 30 качаний в минуту.

Конструктивно антенны основного канала по курсу и глиссаде представ­ляют собой зеркальные антенны, выполненные в виде несимметричных выре­зок из параболоида вращения с рупорными облучателями. Размер зеркала:

    антенна курса (АК)          –  1,1_м^В´3,5_м^Г;

    фокусное расстояние АК –  1,32 м;

антенна глиссады (АГ)              –  0,5_м^Г´5,0_м^В;

фокусное расстояние АГ –  1,05 м.

Облучатели АК и АГ конструктивно схожи и представляют собой двухрупорные облучатели энергия к которым подводится в соотношении 1:1 для канала глиссады и 5:1 для канала курса. К верхнему рупору облучателя АК подводится большая часть энергии. Такое распределение энергии позво­ляет создать ДН АК с большей крутизной в области малых углов, что сни­жает интенсивность отражений от земной поверхности.

Антенна приема активного ответа представляет собой волноводно-ще­левую антенную решетку, состоящую из вертикального ряда 5 продольных щелей (рис.3), прорезанных в широкой стенке прямоугольного волновода. Запитка выполняется при помощи штыря, расположенного в середине задней широкой стенки волновода. Высота антенны приема активного ответа 1,47 м. Щели прорезаны слева и справа от осевой линии волновода на расстоянии l/2. Это сделано для обеспечения синфазной запитки и уменьшения габаритных размеров антенны. Ширина щелей и их расположение относительно оси антенны задают необходимое амплитудное распределение электромагнитного поля и обеспечивают получение диаграммы направленности необходимой формы.