Слаботочка Книги

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [37] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62

скую и электронную). Во-вторых, сложность, недостаточно высокие технические характеристики, несовершенство технологии и высокая СТОИМОСТЬ элементной базы КО процессоров и приемных активных элементов АР. В-третьих, неполностью выявлены функциональные ВОЗМОЖНОСТИ оптико-электронных процессоров, расширяющие их гибкость и универсальность.

В настоящее время просматриваются следующие тенденции развития теории и техники радиооптических АР:

1. Совершенствование элементной базы и технических характеристик, расширение функциональных возможностей и внедрение в радио- и гидролокационные комплексы; разработка гибридных оптико-электронных процессоров. Гибридные оптико-элект-ронные процессоры рационально сочетают достоинства когерентно-оптических (оптических) и цифровых устройств. При этом остаются вне конкуренции многоканальные АОМ для ввода радиосигналов в КО процессор и ПЗС-приборы для вывода информации. Для гидролокационных сигналов разрабатываются устройства ввода на основе магнитооптических кристаллов и структур типа ПЗС-ЖК, которые могут быть использованы также в качестве динамических транспарантов.

2. Разработка оптоэлектронных процессоров для адаптивных АР. Адаптивные АР позволяют при изменяющихся внешних условиях решать задачу обнаружения сигналов на фоне помех или максимизировать отношение сигнал-шум [1]. Оптоэлектронные процессоры, ориентированные на реализацию итеративных век-торно-матричных процедур, снимают для ряда задач ограничения на объем вычислений и быстродействие.

3. Разработка общих методов пространственно-зависимой когерентно-оптической обработки ПВ сигналов неплоских АР; повышение помехозащищенности радиооптических АР.

4. Исследование радиооптических АР, сфокусированных в зону Френеля. Они обладают широкими функциональными возможностями для извлечения из принятого волнового поля максимального объема информации (об угловых координатах, дальности, спектре, форме объекта) [2].

5. Развитие статистического подхода к обработке ПВ сигналов оптоэлектронными процессорами для решения задач оптимального обнаружения и оценки параметров принимаемых сигналов на фоне внешних и внутренних помех [1, 2].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 9

1. Обработка сигналов в многоканальных РЛС/А. П. Лукошии, С. С. Карийский, А. А. Шаталов и др.; Под ред. А. П. Лукошииа. - М.: Радио и связь, 1983.- 328 с.

2. Пространственно-временная обработка сигиалов/Кремер И. Я., Кремер А. И., Петров В. М. и др.; Под ред. И. Л. Кремера. - М.: Радио и связь, Ю83. - 224 с.

3. Оптическая обработка информации/Под ред. Д. Кейсесента. - М.: Мир. 1980.-349 с.

4. Lambert L., Arm М., Aimette А. Electrooptica! signal processor for phased array antennas/ZOptical and Electrooptical information processor - Ed. Mass. Cambridge Press. - 1965.- P. 715-748.

5. Гринев A. Ю. Антенны с обработкой сигнала: Антенны (современное состояние и проблемы)/Под ред. Л. Д. Бахраха, Д. И. Воскресенского. - М.: Сов. радио, 1979. - С. 102-139.

6. Воскресенский Д. И., Гринев А. Ю., Воронин Е. Н. Радиооптические антенные решетки. - М.: Радио и связь, 1986.- 240 с.

7. Радиоголография и оптическая обработка информации в микроволновой технике/Под ред. Л. Д. Бахраха, А. П. Курочкина. - Л.: Наука, 1980. - 183 с.

8. Синтез диаграммообразующего транспаранта кольцевых. антенных решеток методами цифровой голографии/А. Ю. Гринев, Л. П. Ярославский, В. С. Темчеико и др. Радиотехиика н электроника. - 1984. - Т. 29, № 7. -С. 1266-:1272.

9. Гринев А. Ю., Темченко В. С. Формирование пространственных характеристик иаправлеииости иеплоских осесимметричиых антенных решеток когерентно-оптическими методами Изв. вузов СССР. Сер. Радиоэлектроника.-1982. -Т. 25, № 2. -С. 25-34.

10. Методы и устройства радио- и акустической голографии/Под ред. Л. Д. Бахраха, А. П. Курочкина. - Л.: Наука, 1983.- 126 с.

11. Петров М. П., Степанов С. И., Хоменко А. В. Фоточувствительиые электрооптические среды в голографии и оптической обработке информации. - Л.: Наука, 1983. - 267 с.

12. Кулаков С. В. Акустооптичеокие устройства спектрального и корреляционного анализа сигналов. - Л.: Наука, 1978. - 144 с.

13. Оптико-электронные методы обработки изображений/Под ред. С. Б. Гуре-вича, Г. А. Гаврилова. - Л.: Наука, 1982. - 208 с.

14. Devices and Systems for Optical Processing Proceedings of Society of photo-optical instrumentations engineers (SPIE). - 1980. - Vol. 218. -P. 1 - 175.

ГЛАВА 10. БОЛЬШИЕ ЗЕРКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ (БЗА)

Б. А. ПОПЕРЕЧЕНКО 10.1. СОСТОЯНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Большие зеркальные антенны широко используют в различных современных радиотехнических системах преимущественно для космической и спутниковой связи и радиоастрономии. Антенны ЭТОГО типа в радиосистемах разного назначения выполняют примерно ОДНИ и те же функции достаточно экономичного и надежного обеспечения высокого энергетического потенциала в радиолиниях, высокой угловой разрешающей способности, глубокого подавления боковых лепестков диаграммы направленности (ДН), ВЫСОКОТОЧНОГО управления лучами в режимах слежения и обзора.

Понятие большие зеркальные антенны здесь используется как в смысле больших физических размеров (десятки и более 100 м), так и в смысле больших электрических размеров, условно принимаемых более (500... 1000)Я.

Среди БЗА хорошо известны несколько характерных схем поворотных и неподвижных антенн. К поворотным антеннам относятся: параболическая антен-

яа (ПА), рупорно-параболическая антенна (РПА), антенна - раковина , несимметричная параболическая антенна (НПА). К неподвижным антеннам принадлежат: сферическая и большая двухзеркальная антенна (БДА) [1, 2] (рнс. 10.1, 10.2), параболический цилиндр, антенна Крауса, антенна переменного профиля (АПП) 1[3]. Из указанных типов БЗА только ПА нашли действительно массовое применение, в то время как остальные типы антенн создавались большей частью в виде единичных уникальных образцов. Это связано с тем, -что ПА, не уступая другим БЗА по наибольшей эффективной площади и уровню большинства важнейших радиотехнических характеристик, оказываются более унннер-сальными, простыми в управленпн лучом, технологичными и экономичными. Лишь по угловой разрешающей способности отдельно взятые, даже самые крупные, ПА несколько уступают построенным большим сферическим антеннам нли антеннам типа Крауса и АПП. Однако создание на основе ПА систем интерферометрии и апертурного синтеза, в том числе со сверхдлинными наземными и космическими 1[4, 5] базами, позволяет на несколько порядков увеличить угловую разрешающую способность. При этом ПА н качестве элементов таких антенных систем является оптимальным вариантом БЗА. Поэтому здесь большинство проблем рассматривается применительно к структуре ПА, на основе которой разннваются функциональные возможности БЗА в различных направлениях, диктуемых практическими потребностями.

Рис. 10.1

Рис. 10.2

За последние 20 лет значения основных параметров ПА доведены до нового уровня [6J. Так, коэффициент использования поверхности (КИП) ПА возрос в 1,5... 2 раза и достиг практически предельного значения 0,75... 0,8. Шумовая температура антенны стала гарантированным параметром, и ее коэффициент использования по шумовой температуре (КИТ) совместно с мало-шумящими усилителями также доведен практически до технического предела 0,6... 0,65. Эффективность крупнейших образцов ПА в сантиметровом диапазоне достигает значений 50... 200 м/К, а коэффициент использования по эффективности (КИЭ) с учетом указанных КИП и КИТ близок к своему практическому пределу 0,35... 0,45. Увеличилось число приемопередающих каналов в антеннах, и расширился их диапазон частот. Увеличились диаметры антенн, причем результирующая среднеквадратическая погрешность зеркальных систем (ЗС) для наиболее крупных образцов составляет приблизительно 0,7-1 мм, а для наиболее точных из них приблизительно 0,2 мм. При этом относительная точность рефлекторов возросла по крайней мере на порядок: с 10~* до 10- ... 10-е. Угловые точности возросли на 0,5 ... 1 порядок и оцениваются значениями на уровне десятков и даже единиц угловых секунд для наиболее совершенных образцов. Параболические антенны интенсивно и успешно применяют в коротковолновой части сантиметрового диапазона и в миллиметровом диапазоне. Наведение и управление ПА практически полностью автоматизировано. Развиты методы комплексной технико-экономической оптимизации ПА, и достигнута точность прогноза их стоимости около 10% [6, 7].

Среди наиболее совершенных отечественных Образцов ПА могут быть отмечены следующие антенны. Радиотелескопы РТ-22 диаметром 22 м (Пущнно и Крым), работающие в миллиметровом диапазоне, около 20 лет оставались одними из наиболее крупных н точных инструментов этого типа в мяре [8, 9] (рнс. 10.3). Первый образец многодиапазонной трехзеркальной антенной систе-

Рис. 10.3

Рис. 10.4

мы ТНА-400 диаметром 32 м (Крым) около 15 лет был наиболее эффективным средством дальней космической связи [7] (рис. 10.4). С развитием спутниковой связи широко применяются в СССР и за рубежом полноповоротные следящие ПА диаметром 12 и 25 м. Отечественные антенные системы типа ТНА-57 диаметром 12 м в составе станций Орбита . [10] (рис. 10.5), Интерспутник (рис. 10.6) и других около 15 лет оставались базовой конструкцией для наиболее массовых, высокоэффективных и экономичных антенн спутниковой связи. Радиотелескопы ТНА-1500 диаметром 64 м (Медвежьи озера) .[7] (рис. 10.7) и РТ-70 диаметром 70 м (Евпатория) [11] (рнс. 10.8), создание которых завершилось к началу 80-х годов, являются в СССР наиболее крупными современными образцами ПА сантиметрового диапазона для

Рнс. 10.6

дальней косммческоГг связ ! и радноастрономпп. В последние годы в СССР начато сооружение радиотелескопа РТ-70 для миллиметрового диапазока [12].

Из действующих зарубежных образцов крупных ПА следует выделить широкоизвестные 64-метрооый австралийский радиотелескоп сантиметрового диапазона (Парке), 64-метровые радиоте.ческопы того же диапазона в Голдстоуне (США), Мадриде и Кпнберре [10], крупнейший в мире 100-метровый радиотелескоп сантиметрового диапазона в ФРГ (Эффельсберг) [13] и наиболее точный и крупный 45-метровой радиотелескоп миллиметрового диапазона на длину волиы до 1... 2 мм в Японии (Нобияма) [14] в составе шестиэлемеитиой системы апертурного синтеза с элементами в виде ПА диаметром 10 м. Опубликованы также данные о планах и проектах еще более крупных высокоточных полиоповоротных ПА. Сюда относятся 65-метровый радиотелескоп для воли длиннее 3,5 мм-в США, 1Э5-метровый радиотелескоп сантиметрового диапазона (с обтекателем) Северовосточный радиоастрономической корпорации, ШО-метровый радиотелескоп в Оуэнс-Велли (США), 120-метровый радиотелескоп Марк-V (Англия) [13].

Дальнейшее развитие БЗА и, в частности, ПА связано не только с увеличением их размеров и точности, но и с возрастающей потребностью в многолучевых БЗА с управляемыми лучами и

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 [37] 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62