ГЛАВА 5. Многофункциональная бортовая активная фазированная антенная решетка для РЛС

5.1. Достоинства и недостатки

Активные фазированные антенные решетки (АФАР) уже в течении ряда лет применяются в различных РЛС наземного базирования. Целесообразность использования АФАР для бортовых РЛС требует убедительных обоснований, так как замена существующих бортовых фазированных антенных решеток на активные приводит к существенному увеличению стоимости антенных систем, что должно быть оправдано расширением функциональных возможностей, улучшением характеристик и параметров АФАР по сравнению с ФАР. Созданные в последнее время приемопередающие модули (ППМ) АФАР, включают фазовращатели, аттенюаторы, усилители, а также возможность управления поляризацией, и позволяют рассматривать построение бортовой АФАР с новых позиций и аргументировать целесообразность перехода к АФАР.

Остановимся на целесообразности использования АФАР для РЛС. На борту летательных аппаратов (ЛА) имеется значительное число антенн различных радиосистем. Поэтому возникла задача о создании ФАР, обеспечивающей совместную работу различных бортовых радиосистем (радиоэлектронной борьбы (РЭБ), опознавания, РЛС, связи, навигации и др.). Такая совмещенная антенна носит в литературе название антенны интегрированного радиокомплекса, многофункциональной антенны или АФАР. Создание подобных бортовых совмещенных систем ФАР пока удалось осуществить только для РЛС и опознавания. Это привело к значительным потерям характеристик, особенно по УБЛ.

Построение совмещенных антенных систем возможно на базе АФАР, так как:

в АФАР, в отличии от ФАР, возможно осуществление широкоугольного сканирования с обзором более полусферы; большая надежность системы;

независимая оптимизация характеристик в режиме передачи и приема, а также в помеховой обстановке, благодаря наличию в каждом элементе решетки ППМ с фазовращателем и аттенюатором;

осуществление формирования нескольких независимых управляемых лучей с потерей усиления и без потери усиления при использовании одной излучающей поверхности или различных ее частей в режиме приема и передачи;

наличие в ППМ возможности управления поляризацией излучателей в ФАР и устройств коммутации позволяет реализовать конформные антенные решетки с широкоугольным сканированием;

построение выпуклой АФАР позволяет сделать антенну более широкополосной;

реализация АФАР в виде конформной антенной решетки позволяет использовать поверхность

Одновременно отметим трудности и недостатки, связанные с применением АФАР:

резко возрастает стоимость антенны;

низкий КПД -25%, в отличии от электровакуумных электронных приборов — КПД -50%;

конструктивные трудности, связанные с теплоотводом и размещением модулей, их соединительной системы возбуждения и линий управления, насчитывающих тысячи проводников;

необходимость значительных разработок по метрологическому обеспечению для определения входных и выходных характеристик ППМ, частотных зависимостей электрических длин ППМ;

значительно больший разброс параметров в модулях, состоящих из излучателей, ППМ и устройств возбуждения;

дополнительные внеполосные и побочные излучения в силу разброса характеристик различных усилителей [1], которыми будут обладать характеристики излучаемых сигналов;

частичная корреляция шумов в отдельных усилителях в режиме приема, что может ухудшить шумовые свойства системы [2].

Отмеченные недостатки требуют специальной проработки. Для этого необходимо знать параметры отдельных модулей с допусками.

Рис. 5.1. Вариант построения МБАФАР под обтекателем с плоской ФАР радиусом и двумя дополнительными плоскими решетками (450 мм)

Целью настоящей работы является поиск путей построения многофункциональной бортовой активной фазированной антенной решетки (МБАФАР) для перспективного самолета пятого поколения, обеспечение максимального усиления и выявление возможности совмещения систем опознавания,

связи, навигации и РЛС. Ранее рассмотрен возможный вариант построения антенны, состоящей из одной большой ФАР и двух дополнительных ФАР (рис. 5.1). Такое размещение связано с дальностью действия и сектором обзора (рис. 5.2).

Многофункциональная бортовая АФАР должна иметь следующие характеристики:

желаемый сектор сканирования ±135° в угломестной плоскости и 360° в азимутальной плоскости;

рабочий диапазон — 8-10,5 ГГц (диапазон работы ППМ);

диаметр решетки в носовой части — 760 мм;

диаметр боковых решеток — 450 мм (в варианте рис. 5.1);

требуемая дальность и сектор обзора показаны на рис. 5.2.

Рис. 5. 2. Требования к МБАФАР по дальности действия и сектору обзора в плоскости поверхности Земли