В статье рассматривается влияние основных трендов развития технических систем на составные элементы радиолокационной станции. Рассмотрено подчинение фактически сложившегося развития приемо-передающих элементов и антенны закону повышения полноты системы и закону свернутости, закону повышения согласованности, устойчивости. Приведены закономерности перехода элементов в надсистему.
Ключевые слова: РЛС, радиолокатор, радиолокационная станция, техническая система, антенная система, передающее устройство, законы развития технических систем.
При создании прогнозов развития сложных радиотехнических систем, таких как радиолокационные станции (РЛС) целесообразно учитывать влияние основных трендов развития технических систем [1]. В данной статье рассмотрено влияние данных закономерностей на радиолокационную станцию и ее две ключевые составные части — антенную систему и передающее устройство. Для будет рассмотрено развитие этих устройств с точки зрения некоторых законов развития систем.
Закон повышения полноты технической системы и закон свернутости системы
На начальных этапах развития радиотехнических систем часто в качестве антенны радиолокатора, применяемой для излучения сигнала и для приема сигнала использовались отдельные антенны. Это было обусловлено несовершенством, а часто и отсутствием в промышленности требуемых радиоэлементов для обеспечения коммутации, «развязки» и должного уровня электромагнитной совместимости компонентов системы в целом. Таким образом структура приемо-передающего тракта включала в себя приемник, передатчик, приемную антенну и передающую антенну (Рисунок 1).
Рис. 1. Структурная схема приемо-передающего тракта
[2] С появлением устройств, обеспечивающих возможность переключения СВЧ-сигнала с требуемыми электрическими параметрами, в схеме построения РЛС начал применялся коммутатор (Рисунок 2). Теперь одна антенна подключается к передатчику или приемнику, в зависимости от заданного режима работы РЛС. Это обеспечило снижение стоимости и масса-габаритных характеристик радиолокатора.
Рис. 2. Структурная схема приемо-передающего тракта с коммутатором
Таким образом, сегодняшний вариант рассматриваемого антенного устройства использует одну физическую антенну и для передачи сигнала и для приема, что отвечает и трендам повышения свернутости системы (снижение числа компонентов без ухудшения качества), и тренду повышения полноты системы — часть функций управляющей системы теперь находится в самом устройстве (управление, переключение сигнала в разных режимах работы).
Закон повышения согласованности
С применением антенных устройств на основе фазированных антенных решеток (ФАР) управляемость характеристиками антенны достигла крайне высокого уровня. Помимо переконфигурирования антенного устройства для различных режимов работы (прием, передача, самоконтроль и т. д.) появилась возможность управлять основными параметрами антенны — диаграммой направленности и уровнем усиления. Каждый модуль ФАР может электрически формировать различную форму ДН и уровень усиления сигнала, в зависимости от рабочего направления и выполняемой задачи. Аналогичное подчинение данным законам имеет и передающее устройство, которое в последнее время в таких системах часто выполняется в виде множества отдельных усилителей мощности, с отдельными устройствами управления. Рассмотренные особенности соответствуют трендам повышения динамичности и управляемости, для обеспечения максимальной согласованности с надсистемой.
Закон повышения устойчивости
В антенном устройстве, выполненном на основе элементов ФАР, устойчивость достигается за счет того, что сама антенна состоит из множества антенных элементов, а передающее устройство в свою очередь так же состоит из множества усилителей мощности, которые совокупно создают итоговые электрические характеристики антенно-передающего тракта. Таким образом, при изменении параметров нескольких элементов (поломка, сбой) остальные обеспечивают функционирование системы в заданном диапазоне параметров. Это делает систему более устойчивой.
Закон перехода в надсистему
В процессе развития антенных устройств от простейших пассивных рупоров к современным антеннам на технологиях ФАР, развитие системы подчинялось тренду постепенного перехода в надсистему. Сначала объединение приемных и передающих антенн, затем включение в себя функций управления, обменом с внешними устройствами, выполнением функций самоконтроля (ранее контроль исправности выполнялся надсистемой), а на современном уровне развития антенной техники появились антенные устройства, выполненные по технологии активной фазированной антенной решетки — АФАР [3]. Здесь антенная решетка состоит из множества приемо-передающих модулей (ППМ), каждый модуль при этом может иметь свой собственный антенный элемент с фазовращателем, переключатель, приемник, передатчик, смеситель, управляющие схемы, интерфейсы обмена и т. д. Применение активных элементов позволяет достигать лучших характеристик по чувствительности и мощности радиолокационного устройства.
Таким образом, приемо-передающее устройство и часть других элементов так же находится в самой антенне (в ППМ), что показывает подчинение антенны и передатчика закону перехода в надсистему.
Выводы
В данной статье рассмотрено влияния некоторых трендов развития технических систем на антенное и передающее устройства. В процессе развития, данная техническая система совершенствуется в различных направлениях, таких как повышение свернутости, устойчивости, согласованности и завершая переходом в надсистему. Эти тенденции развития позволяют в дальнейшем рассматривать антенное устройство как более универсальную и гибкую техническую систему, которую можно применять в различных областях техники, например, в системах связи, радиолокации и радионавигации.
Литература:
- А. Любомирский, С. Литвин. Законы развития технических систем. — Текст: электронный. — URL: https://www.metodolog.ru/00767/00767.html (дата обращения 20.10.2021)
- David K. Barton. Radar System Analysis and Modeling. — Artech House, 2005. — 566 p. — ISBN 978–1–58053–681–3
- Быстров Р. П., Садыков Р. Р., Соколов А. В. Развитие антенных систем для радиотехнических систем различного базирования // Радиоэлектроника (Электронная версия), ИРЭ РАН, 2005, с. 28.
