Конструкция бортового приемника

Современные воздушные летательные аппараты могут перемещаться в атмосфере с огромными скоростями, что создает для работы антенн сложные условия. При большой скорости полета наблюдается значительный аэродинамический (кинетический) нагрев корпуса летательного аппарата (ЛА). Этот нагрев в полной мере испытывают все устройства, расположенные вблизи корпуса ЛА, а в особенности антенны, так как они располагаются либо на обшивке ЛА, либо под обшивкой ЛА.

При проектировании антенн для ЛА, в особенности при выборе места их размещения на корпусе ЛА, необходимо учитывать, что при достаточно большой электронной концентрации плазма может оказать на работу антенн сильное влияние, вплоть до полного нарушения работы радиолинии.

Сильное воздействие набегающего потока воздуха из-за большой скорости полета современных ЛА является причиной значительных механических усилий, испытываемых отдельными частями корпуса летательного аппарата, в том числе бортовой аппаратурой и антеннами. Эти усилия особенно велики в том случае, когда антенна является наружной. Механическое воздействие воздушного потока заметно увеличивается с ростом скорости полета и существенно зависит от формы и размеров антенн. Однако даже в том случае, когда антенна является не выступающей, на нее, тем не менее, передаются значительные механические усилия, испытываемые другими частями корпуса ЛА.

Щелевые антенны являются одним из типов антенн, наиболее часто применяемых в ЛА. В радиолиниях телеметрии и командного управления обычно требуется ненаправленное излучение приемных антенн, поэтому находят применение круговые решетки щелей, расположенные по периметру цилиндрической части корпуса ЛА.

При разработке многощелевой антенны необходимо решить вопросы о способе питания щелевых излучателей, об их ориентации относительно продольной оси ЛА и общем числе излучателей. Остановимся кратко на этих вопросах.

Применяются два способа питания излучателей. Первый из них состоит в том, что прямоугольный волновод сворачивается вокруг широкой или узкой стенке в кольцо и в наружной стенке, находящейся на уровне обшивки ЛА, прорезаются щели, образующие таким образом круговую решетку излучателей. Наружная стенка закрывается диэлектрическим защитным слоем.

Применение кольцевой волноводно-щелевой антенны наталкивается на очевидные конструктивные сложности. Если расположить волновод под обшивкой ЛА, так чтобы его наружная поверхность вплотную прилегала к внутренней поверхности обшивки, то в ней нужно по периметру корпуса прорезать большое число щелей, что значительно ослабит механическую прочность корпуса. Можно не нарушать целостности обшивки, предусматривая в ней паз, в котором с наружной стороны уложен кольцевой волновод рис.5:

Рис. 5.

Это, однако, усложняет конструкцию самого корпуса ЛА. При большом диаметре ЛА волноводно-щелевая антенна имеет значительный вес, что также является недостатком.

Достоинством волноводно-щелевой антенны является возможность получения в азимутальной плоскости диаграмм направленности без глубоких провалов, для этого необходимо расположить соседние щели достаточно близко друг от друга.

В виду указанных выше недостатков кольцевой волноводно-щелевой антенны преимущественно применяется другой способ питания щелевых излучателей. Он состоит в том, что по периметру корпуса ЛА размещаются несколько одиночных излучателей, которые питаются с помощью делителей мощности, направленных ответвителей и других волноводных узлов, а также разветвленной фидерной (волноводной) системы питания.

Данная схема питания обладает достаточной гибкостью, так как выбором длин фидеров (волноводов) и соответствующих делителей мощности можно получить разнообразные амплитудно-фазовые распределения полей в щелях.

Рассмотрим теперь вопрос об ориентации щелей. Преимущественно применяются поперечные или продольные щели. Следует учитывать, что прямолинейная щель в Е-плоскости имеет широкую диаграмму направленности, а в Н-плоскости более узкую диаграмму и по своей продольной оси не излучает. Следовательно чтобы антенна обеспечивала интенсивное излучение под малыми углами к продольной оси ЛА, то целесообразно применять поперечные щели. Вместе с тем, необходимо учитывать, что при одном и том же числе щелей угол перекрытия диаграммы соседних излучателей, в экваториальной плоскости, будет больше для продольных осей, чем для поперечных. С этой точки зрения также заслуживают предпочтения поперечные щели, так как благодаря направленности этих щелей в Н-плоскости зоны глубоких провалов, вызванные интерференцией полей соседних излучателей, будут более узки, чем в случае применения продольных щелей.

Теперь остановимся на конструкции самого приемника. К бортовой аппаратуре применяются очень жесткие и в тоже время противоречивые требования:

· жесткая ограниченность габаритов и массы

· ограничения в энергопотреблении

· способность работы в вакууме

· стойкость к мощным тепловым ударам

· стойкость к совместному действию вибрационных и линейных нагрузок (до 10 G)

· чрезвычайно высокая надежность

Рассмотрим климатические факторы, влияющие на бортовую аппаратуру и их последствия.

1. Повышенная температура - высыхание защитных покрытий с растрескиванием, миграция примесей в полупроводниках, изменение электрических характеристик радиоэлементов, деформация деталей.

2. Пониженная температура - изменение электрических характеристик радиоэлементов, деформация деталей, конденсация влаги.

3. Повышенная влажность - увеличение паразитных емкостей, снижение сопротивления диэлектриков, опасность термоудара.

4. Пониженное давление - снижение пробивного напряжения волноводов, печатного монтажа и др., ухудшение теплоотдачи.

5. Солнечная радиация - старение диэлектриков и разрушение покрытий.

6. Механический фактор:

а) вибрации

б) удары

в) ускорения

г) акустические шумы

При разработке приемника следует выполнять все вышеперечисленные требования с учетом влияния климатических факторов.

При выборе элементной базы следует отдать предпочтение полностью полупроводниковому варианту. В целях повышения надежности следует отдать предпочтение печатному монтажу. Из-за наличия сильных электромагнитных полей необходимо тщательно экранировать отдельные узлы приемника, особенно высокочастотную часть и УПЧ. При разработке принципиальной схемы нужно стараться использовать щадящие режимы работы активных элементов, учитывать неблагоприятные тепловые условия, применять схемотехнические решения, позволяющие снизить энергопотребление при заданных характеристиках, все намоточные узлы необходимо заливать изоляционными материалами (эпоксидной смолой). Необходимо обеспечить герметичность корпуса приемника с возможностью ремонта и обеспечить надежное его крепление на борту ЛА. В качестве подводящей линии к антеннам следует выбрать гибкий каоксиальный кабель, устройства СВЧ необходимо выполнять преимущественно в полосковом варианте.

Список литературы

1. Основы радио управления. Под. Ред.В.А. Вейциля и В.Н. Типугина М.: 1973г.

2. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. /M.: "Сов. Радио"1976г.

3. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Калашников И.Д. Радиолинии космических систем передачи информации. /М.: Сов. Радио, 1975-399с.

4. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., В.А. Вейциль. Радиосистемы передачи информации. /Радио и связь, 1982-265с.

5. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. /М.: Высшая школа 1998-430с.