Ульянов Ю. Н.

Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» вул. Фрунзе, 21, м. Харків 61002, Україна Тел.: (380-0572) 174898; e-mail: ulyanov@kpi.kharkov.ua Бутакова С. В.

Харківський інститут ВПС Україна А / я 10744, 61140, Харків, Україна Тел.: (380-0572) 272409, e-mail: svetvik@ukr.net


Анотація Представлені результати проектування гібридної рупорно-рефлекторної акустичної антени, що задовольняє найбільшою мірою поставленому критерієм «ефективність-вартість». Прототипом стала гібридна антена промислового СОДАРа фірми AeroVironment (США).

I. Вступ

Багато аеропорти світу в останні десятиліття оснащуються акустичними локаторами (СОДАРамі) для зондування пограничного шару атмосфери в режимі його моніторингу. Це дозволяє підвищити безпеку польотів, виявляючи і прогнозуючи небезпечні для авіації метеоявищ (мікровзривние потоки, атмосферні фронти, струменеві течії нижнього рівня, низька хмарність, приземний туман тощо), та ідентифікувати метеоумови призводять до аномальної рефракції радіохвиль в радіолокації, навігації та зв’язку.

При розміщенні СОДАРа поблизу взлетнопосадочной смуги в ролі перешкоди його луна-сигналу виступають наземні авіаційні шуми. Для зниження впливу аеродромних акустичних шумів на ефективність зондування зазвичай збільшують випромінювану звукову потужність і підвищують перешкодозахищеність антени.

Величина випромінюваної акустичної потужності не може бути збільшена понад величину ограничиваемой проявом нелінійних ефектів взаємодії звуку з повітрям (наприклад, на частотах звуку порядку ЗкГц нарощування акустичної потужності понад 10 Вт позбавлене сенсу).

Для підвищення перешкодозахищеності повинен мінімізуватися рівень далеких бічних пелюсток антени, особливо під кутом 90 ° до напрямку головного максимуму.

Конструкція антени повинна забезпечувати захист електроакустичних перетворювачів від попадання снігу чи дощу, накопичення всередині крилатих комах і пилу, а також найбільш повно задовольняти критерію «Ефективність-вартість». З цих позицій в якості аналога обрана гібридна антена промислового СОДАРа американської фірми AeroVironment Inc.

II. Основна частина

У всіх антенах акустичного зондування атмосфери обов’язковим елементом конструкції є звукоізолюючий тубус або акустичне захисну огорожу. З його використанням досягається зниження рівня далеких бічних пелюсток содарних антен (у тому числі лежать під кутом 90 ° до головного пелюстці) на 20-30дБ. Для дзеркальних акустичних антен і фазованих антенних решіток даний елемент конструкції виступає в ролі додаткового. Тільки в рупорних і рупорно-рефлекторних акустичних антенах він належить до основних, які представляють собою відрізок звуководом з плавно розширюється від пристрою харчування перетином. Цінне якість рупорних антен, що сприяє низькому рівню далеких бічних пелюсток, полягає у відсутності у внутрішній порожнині яких утримувачів або траверс розсіюють випромінювання. Важлива особливість антен цього типу полягає у конструктивній простоті, яка виступає передумовою невисокій вартості їх виготовлення. Прямі пірамідальні або експоненціальні рупори використовувати в акустичній локації важко через імовірність прямого попадання опадів і пилу по вертикально встановлюється рупора в електроакустичний перетворювач. З метою запобігання можливості попадання опадів по рупора в перетворювач використовують згорнуті рупори та рупори з проміжним рефлектором рупорнорефлекторние антени.

Рупорні антени, маючи найвищу потенційну помехозащітен, і будучи найбільш простими і дешевими у виготовленні є найкращою основою для створення приймально-передавальної антени акустичної аеродромного содара. Для рупорні акустичної антени цілком досяжним (з урахуванням прийняття спеціальних заходів щодо усунення расфазировки кромок розкриву рупора, зниженню їх дифракційної здатності та зменшення фазових спотворень в розкриві) є рівень бічних пелюсток лежать під кутом 90 ° до головного пелюстці порядку -60 дБ.

Зробимо перерахунок основних технічних параметрів трипроменевою гібридної акустичної антени фірми AeroVironment Inc. СОДАРа типу М4000 призначеної для роботи на частоті звуку Fav = 4500 Гц на робочу частоту Fs= 2600 Гц.

Направляюча система антени виконана у вигляді клина (рис. 1) і має квадратний розкривши 1-56-4 розміром

Sh=[1 ,2x(Fav/Fs)]2=(1 ,2×1,731 )2= 2,077 x2, 077 м.

Висота клина (пряма 1-2) дорівнює 2,077 м, довжина ребра клина (пряма 2-3) 0,84 x1, 731 = 1,45 м.

У розглянутій антені до прямокутника 2 –

1 – 7-8 розмірами 1.45×1.04 м2 приєднаний бокс, усередині якого розміщена антенна решітка. Вона створює три промені, що виходять після перевідбиттів від стінок за напрямами X, Y, Z. У розробляється антени решітка замінюється трьома розгорнутими рупорними випромінювачами, розкриваючи яких вписані в прямокутник 2-3-7-8. Параметри решітки сильно змінюються з попаданням пилу, снігу, комах і вологи в електроакустичні перетворювачі, а розміщення їх у горловині рупора дозволяє краще захиститися від подібних дій і підвищити перешкодозахищеність за рахунок виключення спотворень діаграми випромінювання та прийому.

де F (@, f) спектральна щільність комплексних амплітуд випромінювання об’єкта; & (•) коефіцієнт зміни спектральних складових при проходженні середовища; Й (-) функція діаграми спрямованості (ДН) приймальні антени; п (-) адитивна шумова компонента; 0,0 ‘просторові координати; Q область спостереження; S нелінійний оператор.

Оскільки подинтегральной вираз в (1) представляє двовимірну згортку, то використовуючи перетворення Фур’є до параметрів вирази, рівняння спостереження для РМС можна записати як

де Xi = ksin0coscp, /2 = ksin0sincp .

Для двовимірної дискретної згортки

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.