Радар с активной фазированной решеткой. Фазированная антенная решетка (ФАР)

Электроника 28.04.2019

Электроника

Интервью с генеральным директором НИИП им. В.В. Тихомирова Юрием Белым

Юрий Иванович Белый родился в 1951 г. Закончил Московское высшее техническое училище им. Н.Э. Баумана. С 1974 г. – на военной службе. Служил военпредом при НИИ приборостроения, заместителем начальника отдела заказывающего управления ВВС. С 1987 г. – начальник военного представительства при НИИП. Воинское звание – полковник. С марта 1998 г. – директор НИИП. В настоящее время – генеральный директор ОАО «НИИП им. В.В. Тихомирова». Доктор наук (инжиниринг), академик Международной академии информатизации, член НТС ВПК при Правительстве РФ. Кавалер орденов Дружбы и «За заслуги перед Отечеством» IV степени.

Одна из главных составляющих высоких боевых возможностей современных истребителей – совершенная система управления вооружением, в основе которой – мощная бортовая радиолокационная станция. Все поставляемые на мировой рынок и несущие службу в отечественных ВВС истребители семейства Су-27 и Су-30 оснащаются системами управления вооружением, разработанными в ОАО «НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова». НИИП является пионером в области создания радиолокаторов с фазированными антенными решетками (ФАР). Впервые «тихомировская» РЛС с ФАР была применена на истребителе-перехватчике МиГ-31. Начиная с самолета Су-30МКИ, радары с ФАР устанавливаются уже и на истребители «Сухого». В этом году начались испытания нового многофункционального истребителя Су-35, для которого НИИП создает самую совершенную в своем классе РЛС с пассивной ФАР «Ирбис-Э». А для перспективного истребителя пятого поколения тихомировцы ведут разработку первого своего радара с активной фазированной антенной решеткой (АФАР). Чтобы узнать, как развиваются работы по этим темам, корреспондент «Взлёта» Андрей Фомин встретился с генеральным директором ОАО «НИИ приборостроения им. В.В. Тихомирова» Юрием Белым, который любезно согласился дать интервью нашему журналу.

Юрий Иванович, расскажите, пожалуйста, как идут испытания РЛСУ с ФАР «Ирбис-Э».

Программа развивается успешно. Мы продолжаем летать на летающей лаборатории Су-30МК2 с опытным комплектом РЛСУ «Ирбис-Э» с передатчиком мощностью 1 кВт – летаем уже практически полтора года и получили подтверждение основных характеристик. Отработано большинство режимов, в частности – многоцелевой режим «воздух-воздух», режим дальнего обнаружения, режимы «воздух-поверхность» с низким, средним и высоким разрешением. Кроме того, изготовлен комплект блоков РЛСУ, включая штатный для серийного «Ирбиса-Э» 5-киловаттный передатчик, который проходит лабораторные испытания – мы их завершаем в полном объеме в этом году

Помимо этого, мы изготовили два образца РЛСУ в полной комплектации для установки на опытные самолеты Су-35. Первый из них, уже прошедший отработку в лабораториях НИИП, а затем в соответствующих подразделениях КнААПО, установлен на борт второго экземпляра Су-35. Когда по графику испытаний самолета придет черед летной отработки радиолокационного комплекса – будем его включать. Для обеспечения испытаний «Ирбиса» на Су-35 подготовлена контрольно-ремонтная автомобильная станция (КРАС) с рабочими местами – поэтому вскоре начнем летать на реальном самолете с полномасштабным комплексом «Ирбиса». Второй комплект для следующего опытного самолета тоже уже изготовлен, проверен у нас и сдан приемке. Вскоре он также будет установлен на борт. Таким образом, программа испытаний «Ирбиса» идет полным ходом, и к моменту готовности Су-35 к серийному производству его радиолокационный комплекс будет полностью отработан.

РЛСУ с ФАР «Барс», находящаяся сейчас в крупносерийном производстве. Ей оснащаются истребители Су-30МКИ, Су-30МКМ и Су-30МКА, поставляемые ВВС Индии, Малайзии и Алжира. Кроме того, лицензионное производство «Барса» осваивается в Индии, и "НИИП им. В.В. Тихомирова ведет работы по его дальнейшей поэтапной модернизации

Возможна ли установка «Ирбиса» на ранее выпущенные самолеты Су-27 в процессе их модернизации?

Такой вариант проработан в рамках программы Су-27СМ2. По сути, это та комплектация РЛСУ, которая сейчас проходит испытания на летающей лаборатории с киловаттным передатчиком (применить передатчик мощностью 5 кВт на ранее выпущенных Су-27 не позволяет энергетика самолета). Поэтому тот вариант «Ирбиса», что стоит сейчас на летающей лаборатории – это практически готовый комплект для модернизации строевых самолетов. Однако, по всей видимости из-за финансовых соображений, было принято решение развивать модернизацию Су-27СМ, не меняя тип РЛС, а лишь наращивая ее возможности – вводя новые режимы, обеспечивая применение новых образцов вооружения и т.д. Такой самолет построен и в этом году поступил на летные испытания. Но следует иметь ввиду, что испытания могут занять не один год, а остаточный календарный ресурс строевых истребителей, самые «молодые» из которых выпущены в начале 90-х гг., тем временем неуклонно снижается. Выходом из создавшейся ситуации может быть только закупка новых самолетов – типа Су-35, сразу имеющих на борту РЛСУ с ФАР «Ирбис». ВВС России уже вплотную подошли к такому решению. На презентации Су-35 в ЛИИ для представителей прессы в июле этого года Главнокомандующий ВВС генерал-полковник Александр Зелин заявил, что рассматривается возможность заказа новых самолетов типа Су-35 для перевооружения на них двух-трех полков российских Военно-воздушных сил.

А планируется ли какое-то развитие предшественника «Ирбиса» – РЛСУ «Барс», применяемой на самолетах типа Су-30МКИ? Есть ли куда двигаться по этой теме?

Куда двигаться еще есть. Вот возьмем, например, Су-30МКИ. Прошли оценочные испытания сегодняшней конфигурации «Барса» на самолетах Су-30МКИ в Индии, которые подтвердили устранение всех замечаний. И теперь ВВС Индии ставят вопрос: делать все 140 самолетов по лицензионной программе, рассчитанной до 2014 г., в облике, утвержденном еще в конце 90-х гг. – неразумно. Поэтому они предлагают нам в процессе лицензионного производства провести модернизацию «Барса», в т.ч. требуя применить на нем АФАР. Мы разработали со своей стороны предложения, предусматривающие двухэтапную модернизацию. На первом этапе «Барс» остается с пассивной ФАР, но возможности РЛС по режимам работы и характеристикам будут наращиваться. А на втором этапе, с учетом полученного к тому времени задела по АФАР в рамках работ по самолету пятого поколения, «Барс» уже можно будет оснастить активной фазированной антенной решеткой. ВВС Индии в настоящее время рассматривают эти наши предложения, и мы надеемся, что вскоре решение о том, каким образом проводить модернизацию «Барса», будет принято.

РЛСУ «Ирбис-Э» на борту Су-35 =на авиасалоне МАКС-2007 (вверху) и летающей лаборатории Су-30МК2 (внизу)

Если уж разговор зашел про модернизацию, расскажите, пожалуйста, как продвигаются работы по модернизации СУВ «Заслон» истребителей-перехватчиков МиГ-31. ВВС России уже официально сообщали, что нынешней весной получили первые модернизированные самолеты данного типа…

Переходя к теме «Заслона» нужно сначала отметить, что это наша базовая разработка, с которой мы начали применение электронного сканирования на борту самолета, использование цифровых вычислительных машин – в нашей отечественной практике это было впервые. СУВ «Заслон» с ФАР на борту истребителя МиГ-31 – безусловный приоритет не только НИИП им. В.В. Тихомирова, но и всей нашей страны. С тех пор (а МиГ-31 был принят на вооружение в 1981 г.) прошло уже немало лет, и комплекс, конечно, требует модернизации. Эта работа продолжается. В прошлом году был закончен первый этап государственных совместных испытаний (ГСИ) модернизированного МиГ-31. Завод «Ленинец» начал поставку доработанных систем на серийные самолеты, и первые из них в этом году поступили в эксплуатацию. Параллельно в ГЛИЦе в Ахтубинске продолжаются испытания по второму этапу ГСИ, который планируется завершить до конца этого года.

Что уже сделано? Во-первых, модернизация коснулась информационно-управляющего поля кабины штурмана: сделана новая система индикации на ЖКИ с новыми видами отображения информации. Во-вторых, увеличена дальность действия комплекса. В-третьих, расширен спектр применяемого оружия. Сама антенна при этом остается без изменений, но меняются некоторые блоки СУВ, полностью заменяется вычислительная система. Уже снятые с производства машины, применявшиеся на МиГ-31, уступают место современным БЦВМ нового поколения. В последующем мы планируем дальнейшее наращивание возможностей комплекса.

Ну и наконец, мы подошли к самому главному – работам по АФАР. Чуть более года назад, на авиасалоне МАКС-2007, были впервые показаны натурные фрагменты опытных образцов активных фазированных решеток разработки НИИП. Как известно, Ваш институт является головным разработчиком радиоэлектронной системы с АФАР для самолета пятого поколения. Как развиваются эти работы?

Работы идут в соответствии с графиком, по контракту, который мы подписали с компанией «Сухой». По данному графику в ноябре этого года первая полноразмерная полностью укомплектованная приемо-передающими модулями и настроенная АФАР будет поставлена на стенд для стыковки с остальными блоками станции. Сегодня первая антенна уже полностью собрана, укомплектована и передана в настройку. Развернуто производство приемо-передающих модулей на базе монолитных микросхем в НПП «Исток», идет комплектация второго образца и начато комплектование деталями и модулями третьего образца. Таким образом сегодня у нас в производстве уже три антенны. Они последовательно будут выходить на испытания – первая, как я сказал, в ноябре, вторая – в марте-апреле следующего года и т.д. Уже в следующем году АФАР предполагается установить на один из первых опытных образцов самолета пятого поколения, которые в настоящее время строятся на КнААПО, и в 2010 г. приступить к ее летной отработке. На сегодня можно уверенно сказать, что все технические проблемы по разработке и изготовлению приемо-передающих модулей преодолены. Сейчас решаем вопросы по антенне в целом – по охлаждению, сопряжению, управлению лучом, но, подчеркиваю, все движется в соответствии с утвержденным графиком. По мере испытаний будем постепенно наращивать состав комплекса – сначала на стендах, затем на самолетах, в итоге – придем к полностью предусмотренной техзаданием комплектации.

Фрагмент натурного опытного образца АФАР X-диапазона разработки НИИП им. В.В. Тихомирова, впервые показанный публично на авиасалоне МАКС-2007 в августе 2007 г.

Сколько времени может понадобиться на весь цикл испытаний и доводок АФАР?

Как известно, разработка современного радиолокатора занимает обычно 5-7 лет. Поэтому если брать за начало отсчета нынешний 2008 г., когда началась реальная отработка аппаратуры, то можно считать, что наша система будет полностью готова к эксплуатации примерно к 2014-2015 гг. Аналогичная ситуация и за рубежом: даже у F-22, который уже довольно давно принят на вооружение, еще не все режимы АФАР окончательно отработаны. В этой связи необходимо отметить, что НИИП им. В.В. Тихомирова располагает богатейшим опытом работы по фазированным антенным решеткам. Американцы в свое время пропустили этап пассивных ФАР – перейдя от щелевых решеток сразу к АФАР. У нас же есть большой опыт в области ФАР, который насчитывает уже порядка 40 лет (а мы утверждаем, что АФАР отличается от пассивной ФАР по сути только технологическим исполнением излучателей, а весь остальной математический и моделирующий аппарат мы берем от уже хорошо освоенных нами ФАР), что дает нам серьезные преимущества, в т.ч. и по срокам доводки. Мы располагаем такими наработками по ФАР, каких нет ни у кого в мире!

Вы наверняка следите за работами по АФАР, которые ведутся и за рубежом, и у нас в стране. Можно ли назвать какие-то особенности Вашего проекта относительно остальных, его преимущества?

Ну, с американцами сравнивать довольно трудно, поскольку реальной (а не рекламной) информации очень мало, и можно судить только по каким-то косвенным признакам. Но мы считаем, что заложили и реализуем характеристики как минимум не уступающие, а на самом деле в чем-то превосходящие те, которыми обладают, например, радары с АФАР самолетов F-22 и F-35. Что же касается работ, которые ведут другие отечественные разработчики РЛС, то главная разница заключается в технологии. Мы делаем ставку на наиболее современные сейчас в мире технологии монолитных СВЧ-микросхем, в то время как наши отечественные коллеги используют так называемые гибридные технологии, от которых, например, в Европе уже отказались. Как и мы, американцы строят свои АФАР на монолитных микросхемах, с перспективой увеличения степени их интеграции и перехода в дальнейшем на то, что называется «интеллектуальной обшивкой» – т.е. приемо-передающие модули могут располагаться в любом месте самолета, формируя необходимое поле излучения. Таким образом, мы находимся на магистральном мировом пути развития АФАР.

Можно ли сказать, что технологии, полученные при разработки АФАР по данной программе, смогут быть в дальнейшем использованы для создания РЛС для других летательных аппаратов и вообще – других образцов техники?

Конечно. Например, рано или поздно может встать вопрос разработки нового легкого истребителя пятого поколения или оснащения АФАР модернизированных самолетов поколения «4+», «4++» и т.п. И вот в этом случае, вместо того, чтобы снова «изобретать велосипед», лучше использовать уже отработанные технологии, одновременно обеспечивая загрузку производства (ведь чем больше будут масштабы производства приемно-передающих модулей, тем меньше будет их стоимость). Задача в этом случае сведется попросту к масштабированию: все те же самые технологии и комплектующие останутся, и нужно будет только уменьшить диаметр антенны. Это уже не научная задача, а чисто конструктивно-технологическая. Далее. Уже освоенные в производстве приемо-передающие модули могут использоваться в РЛС, например, зенитно-ракетных комплексов. Так что, чем больше применений мы найдем уже отработанным технологиям – тем лучше. Ведь если раньше у нас была задача создать и «раскрутить» производство, то теперь может возникнуть обратная ситуация: мощности «раскручены», а потребление невелико. Только в условиях хорошей загрузки производства стоимость модулей может оказаться приемлемой.

А каково Ваше видение – в будущем найдется место обоим направлениям развития ФАР (активным и массивным), или с развитием АФАР линия пассивных ФАР будет забыта?

Я считаю, что, по крайней мере в обозримом будущем, свою нишу будут иметь и то, и другое направления. АФАР сможет вытеснить обычную ФАР только в том случае, если ее элементная база станет очень дешевой. Пока же, даже в условиях массового серийного производства, на нынешнем уровне технологий, стоимость АФАР и ФАР отличается в разы. Так что пассивным ФАР еще рано уходить в историю.

Владимир ЩЕРБАКОВ Фото компании «Сикорский»

Создание полностью твердотельной РЛС 67Н6Е потребовало, в первую очередь, создания передатчика на транзисторах. Однако транзисторы не могут генерировать высокочастотные импульсы с большой импульсной мощностью подобно электровакуумным приборам. Поэтому средняя мощность, требуемая для обеспечения этой РЛС заданной дальности обнаружения целей, получена за счет значительного увеличения длительности излучаемых сигналов (до десятков и сотен микросекунд) и уменьшения их скважности (до единиц). Чтобы сохранить требуемое разрешение целей по дальности при таком «длинном» сигнале, в РЛС использованы сложные виды модуляции и согласованные фильтры с коэффициентом сжатия более 100.

Полностью изменились источники питания передатчика. На смену высоковольтным модуляторам (десятки киловольт) пришли выпрямители с низким напряжением (десятки Вольт) и суммарным током в десятки кштоампер.

Схема АФАР РЛС 67Н6Е приведена на рис. 2.9. Каждый из 1024 излучателей решетки возбуждается отдельным усилителем, схема которого приведена на рис. 2.10.

Рис. 2.9. Схема АФАР РЛС 67Н6Е

Рис. 2.10. Схема активного модуля АФАР РЛС 67Н6Е

Для создания усилителя, обеспечивающего необходимый потенциал требовался СВЧ-транзистор со средней мощностью Поскольку СВЧ-транзисторы развивают наибольшую мощность в -диапазоне, для был выбран именно этот диапазон. На начальном этапе в АФАР использован СВЧ-транзистор типа созданный в НИИ «Пульсар» (Москва), имеющий среднюю мощность 10 Вт и развивающий импульсную мощность .

Рис. 2.11. (см. скан) Конструкция усилителя АФАР РЛС 67Н6Е

Рис. 2.12. (см. скан) Модуль АФАР РЛС 67Н6Е

В выходном каскаде усилителя два транзистора типа включены параллельно. Выходная средняя мощность каждого усилителя равна а импульсная Конструкция усилителя приведена на рис. 2.11. Каждый модуль АФАР состоит из усилителя, согласующей цепи и излучателя. Общий

вид модуля сверху и снизу показан на рис. 2.12. Потери в согласующей цепи усилителя и в излучателе уменьшают излучаемую нмпульсную мощность одного канала АФАР до среднюю - до 10 Вт. В результате общая излучаемая средняя мощность всей АФАР при полностью исправных усилителях равна примерно 10 кВт. Заданная для РЛС дальность обнаружения цели обеспечивается при излучении не менее 8 кВт средней мощности. Таким образом, выбранная схема АФАР допускает отказ до 20% усилителей без нарушения основных характеристик станции.

АФАР установлена на вращающейся платформе. Общий вид АФАР показан на фотографиях: в транспортном положении (рис. 2.13), в рабочем положении (рис. 2.14) и в положении для осмотра апертуры при поднятом радиопрозрачном укрытии (рис. 2.15). На вращающейся платформе, кроме системы делителей, усилителей мощности, фазовращателей и излучателей расположены также источники питания усилителей мощности и система их воздушного охлаждения. Свертывание и развертывание АФАР осуществляется в течение пяти минут собственным механизмом. Она транспортируется на прицепе тягача и может эксплуатироваться в любых климатических зонах. В состав РЛС 67Н6Е, кроме АФАР, входят также прицеп с аппаратурой обработки информации и рабочими местами операторов, и электростанция. Общий вид РЛС 67Н6Е на марше показан на рис. 2.16.

Рис. 2.13. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в транспортном положении

Рис. 2.14. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в рабочем положении

Рис. 2.15. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е в положении для осмотра решетки

Рис. 2.16. (см. скан) АФАР РЛС 67Н6Е на марше

Опыт создания АФАР РЛС 67Н6Е позволяет отметить ряд важных особенностей.

1. Для уменьшения дисперсии фаз в многоканальных звеньях АФАР и снижения потерь КНД системы все модули АФАР прошли процесс начальной настройки и регулировки на специальном стенде. Электрические длины (разность фаз между колебаниями на входе и выходе) всех модулей приведены к электрической длине эталонного модуля. В процессе дальнейшей эксплуатации электрические длины модулей изменялись незначительно, поскольку транзисторные усилители малочувствительны к изменению напряжения питания, входной мощности и других факторов. Так, изменение напряжения питания трехкаскадного усилителя модуля АФАР на один процент вызывает изменение его электрической длины не более чем на один градус. Это позволяет применять в АФАР простые и дешевые нестабилизированные источники питания.

2. Полный КПД АФАР зависит от дисперсии ошибок распределения электрических длин модулей относительно среднего значения. Поэтому при производстве модулей вместо требований на электрическую длину каждого модуля задавалось требование на среднее значение электрической длины партии модулей и вводился допуск на отклонение электрической длины каждого модуля от этого среднего значения. При таком подходе значительно уменьшилась отбраковка модулей, электрическая длина которых имела большие отклонения в процессе производства.

3. Выходное сопротивление мощного транзистора составляет единицы Ом и согласование его в (10-15)% полосе частот стандартными элементами СВЧ-тракта, имеющими сопротивление 50 Ом, явилось весьма трудной задачей, решение которой усложнялось большим разбросом параметров транзисторов. По этой причине, а также для обеспечения работы АФАР на прием, на выходе модуля установлены феррито-вые циркуляторы, обеспечивающие работу усилителя на нагрузку с не хуже 1,5 во всей рабочей полосе частот.

4. Мощные транзисторные усилители имеют высокую чувствительность к превышению порога рабочей температуры кристалла, которая для большинства транзисторов составляет Это значение температуры не должно превышаться даже кратковременно при любом изменении режима работы усилителя и любом изменении нагрузки. Превышение этого температурного порога резко уменьшает время наработки усилительного каскада на отказ. Наиболее эффективной для поддержания заданного температурного режима усилителей явилась система принудительного воздушного охлаждения, которая обеспечила этот режим при температуре внешнего воздуха до

5. Каждый каскад транзисторного усилителя имеет небольшой коэффициент усиления (от 6 до 10 раз в зависимости от выходной мощности).

Поэтому модули АФАР выполнены по многокаскадной схеме. При прохождении импульса через многокаскадный усилитель происходит обострение его фронта и среза. В результате возрастают уровни побочных и внеполосных излучений, что затрудняет выполнение стандартных требований по электромагнитной совместимости радиосредств. Для устранения этого явления в состав АФАР введены дополнительные импульсные модуляторы, корректирующие длительность фронта и среза импульса.

6. Наименьшие потери в системе деления мощности имеют полосковые воздушные развязанные делители, однако сложная конструкция и технология изготовления делают этот тип делителя относительно дорогим. Поэтому в АФАР использованы более простые делители, выполненные на пленочных фольгированных диэлектриках в виде печатных плат большой длины (до 6 метров). Полное отклонение амплитуд и фаз между выходами этих делителей от среднего значения не превысили ±0,5 дБ и ±15° соответственно.

Рис. 2.17. (см. скан) Схема активного модуля повышенной мощности

Полученный в результате разработки и испытаний РЛС 67Н6Е опыт проектирования АФАР, а также аппаратурные и технологические решения многократно использованы в более поздних разработках. Проведена модернизация АФАР этой РЛС, коснувшаяся в первую очередь усилителя, входящего в состав модуля АФАР. В выходном каскаде усилителя транзисторы заменены более мощными транзисторами также разработанными в НИИ «Пульсар». Заменены транзисторы предварительного каскада, что позволило поднять выходную импульсную мощность усилителя со 100 до 200 Вт. В результате создан запас потенциала РЛС и улучшены ее характеристики. Новый транзистор имеет более высокий КПД. В результате облегчен температурный режим передающего устройства и тем самым увеличена его наработка на отказ. активного модуля повышенной мощности на новых транзисторах приведена на рис. 2.17. Видно, что эта схема

существенно проще схемы первого модуля (см. рис. 2.10). Конструкция нового усилителя, размещенного в корпусе первого модуля АФАР, показана на рис. 2.18.

Рис. 2.18. (см. скан) Новый модуль повышенной мощности

Повышение КПД нового модуля АФАР позволило существенно повысить общий КПД РЛС. Из состава аппаратуры РЛС исключены источники питания с частотой 400 Гц, которые обеспечивали часть аппаратуры АФАР. Переход на единый источник питания с частотой 50 Гц позволил дополнительно улучшить энергетические характеристики станции. В результате излучаемая мощность увеличилась в 2,5 раза при неизменной мощности, потребляемой от первичных источников питания. Появление новой элементной базы для аналоговой и цифровой аппаратуры обработки радиолокационной информации позволило существенно уменьшить объем этой аппаратуры и перенести ее на вращающуюся платформу. Теперь информация о трассах целей поступает непосредственно с АФАР на индикаторы РЛС. Если для наблюдения за целями используются выносные индикаторные посты, то фактически вся аппаратура модернизированной РЛС 67Н6Е, за исключением первичного источника питания (электростанции), размещается на одной вращающейся платформе.

Несомненный прогресс в разработке мощных транзисторов позволяет прогнозировать их появление в ближайшие годы на все более высоких частотах. Это обстоятельство, несомненно, будет способствовать созданию твердотельных АФАР в разных частотных диапазонах. В то же время полученный опыт создания АФАР показывает, что их использование в РЛС экономически оправдано только в тех случаях, когда РЛС по своему назначению должна обеспечивать большую скорость управления лучом при высоком энергетическом потенциале и иметь высокую мобильность.

Активная фазированная антенная решётка (АФАР ) - фазированная антенная решётка, в которой направление излучения и (или) форма диаграммы направленности регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на активных излучающих элементах .

Активная фазированная антенная решётка конструктивно состоит из модулей, которые объединяют излучающий элемент (или группу излучающих элементов) и активные устройства (усилительные, генераторные или преобразовательные). Эти устройства могут в простейшем случае усиливать передаваемый или принимаемый излучающим элементом сигнал, а также осуществлять преобразование частоты сигнала, генерировать (формировать) сигнал, преобразовывать сигнал из аналоговой в цифровую форму и (или) из цифровой в аналоговую. Для совместной согласованной работы все модули АФАР должны быть объединены цепью распределения сигнала возбудителя (в режиме приёма - цепью сбора сигнала в приёмное устройство), или работа модулей должна быть синхронизирована от единого источника.

В отличие от АФАР, пассивная ФАР не содержит активных устройств. Например, в передающей системе, оснащенной пассивной ФАР, радиосигнал генерируется и усиливается до требуемой мощности в едином для всей системы радиопередатчике, после чего распределяется (а мощность радиосигнала делится) между излучающими элементами. Напротив, в передающей АФАР нет единого выходного мощного усилителя: менее мощные усилители размещены в каждом её модуле.

Сравнение с пассивной решёткой[править | править вики-текст]

В обычной пассивной решётке один передатчик мощностью несколько киловатт питает несколько сотен элементов, каждый из которых излучает только десятки ватт мощности. Современный микроволновый транзисторный усилитель может, однако, также произвести десятки ватт, и в радаре с активной фазированной решёткой несколько сотен модулей, каждый мощностью в десятки ватт, создают в целом мощный главный луч радара в несколько киловатт.

В то время как результат идентичен, активные решётки намного более надёжны, поскольку хотя отказ одного приёмо-передающего элемента решётки и искажает диаграмму направленности антенны, что несколько ухудшает характеристики локатора, в целом он остаётся работоспособным. Катастрофического отказа лампы передатчика, которая является проблемой обычных радаров, просто не может произойти. Дополнительная выгода - экономия веса без большой лампы высокой мощности, связанной с ней системой охлаждения и большого блока питания высокого напряжения.

Другой особенностью, которая может использоваться только в активных решётках, является способность управлять усилением индивидуальных приёмно-передающих модулей. Если это может быть сделано, диапазон углов, через которые луч может быть отклонен, существенно увеличивается, и таким образом многие из ограничений геометрии решёток, которые имеют обычные фазированные решётки могут быть обойдены. Такие решётки называют решётками суперувеличения. Из изданной литературы неясно, используют ли какая-либо существующая или проектируемая антенная решётка эту технику.

Недостатки[править | править вики-текст]

Технология АФАР имеет две ключевые проблемы:

Рассеивание мощности[править | править вики-текст]

Первая проблема - рассеивание мощности. Из-за недостатков микроволновых транзисторных усилителей (монолитная микроволновая интегральная схема, MMIC (англ.)русск.), эффективность передатчика модуля - типично меньше чем 45%. В результате, AФAР выделяет большое количество теплоты, которая должна быть рассеяна, чтобы предохранить чипы передатчика от расплавления - надёжность GaAs MMIC-чипов улучшается при низкой рабочей температуре. Традиционное охлаждение воздухом, используемое в обычных ЭВМ и авионике, плохо подходит при высокой плотности упаковки элементов AФAР, в результате чего современные AФAР охлаждаются жидкостью (американские проекты используют polyalphaolefin (PAO) хладагент, подобный синтетической гидравлической жидкости). Типичная жидкостная система охлаждения использует насосы, вводящие хладагент через каналы в антенне, и выводящие затем его к теплообменнику - им может быть как воздушный охладитель (радиатор) так и теплообменник в топливном баке - со второй жидкостью, охлаждающей петлю теплообмена, чтобы уменьшить нагрев содержимого топливного бака.

По сравнению с обычным радаром истребителя с воздушным охлаждением, радар с AФAР более надёжен, однако потребляет больше электроэнергии и требует более интенсивного охлаждения. Но AФAР может обеспечить намного большую передаваемую мощность, что необходимо для большей дальности обнаружения цели (увеличение передающей мощности однако имеет недостаток - увеличения следа, по которому радиоразведка противника или RWR могут обнаружить радар).

Стоимость

Другая проблема - стоимость массового производства модулей. Для радара истребителя, требующего типично от 1000 до 1800 модулей, стоимость AФAР становится неприемлемой, если модули стоят больше чем сто долларов каждый. Ранние модули стоили приблизительно 2 тыс. долл., что не допускало массового использования AФAР. Однако стоимость таких модулей и MMIC-чипов постоянно уменьшается, поскольку себестоимость их разработки и производства постоянно снижается.

Несмотря на недостатки, активные фазированные решётки превосходят обычные радарные антенны почти во всех отношениях, обеспечивая более высокую следящую способность и надёжность, пусть и при некотором увеличении в сложности и, возможно, стоимости.

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Активная фазированная антенная решётка (АФАР ) - фазированная антенная решётка , в которой направление излучения и (или) форма диаграммы направленности регулируются изменением амплитудно-фазового распределения токов или полей возбуждения на индивидуальных активных излучающих элементах .

Конструкция

Сравнение с пассивной решёткой

Недостатки

Технология АФАР имеет две ключевые проблемы: рассеивание мощности и стоимость.

Рассеивание мощности

Из-за недостатков микроволновых транзисторных усилителей и монолитных интегральных схем (СВЧ МИС) эффективность передатчика модуля обычно меньше 45%. В результате AФАР выделяет большое количество теплоты, которую необходимо рассеивать, чтобы предохранить чипы передатчика от расплавления - надёжность арсенид-галлиевых СВЧ МИС повышается при низкой рабочей температуре. Традиционное охлаждение воздухом, используемое в обычных ЭВМ и авионике , плохо подходит при высокой плотности компоновки, поэтому современные AФАР охлаждаются жидкостью (американские проекты используют полиальфаолефиновый хладагент, подобный синтетической гидравлической жидкости). Типичная жидкостная система охлаждения использует насосы, вводящие хладагент через каналы в антенне и выводящие затем его к теплообменнику - им может быть как воздушный охладитель (радиатор), так и теплообменник в топливном баке (со вторым контуром, чтобы уменьшить нагрев содержимого топливного бака).

По сравнению с обычным радаром истребителя с воздушным охлаждением, радар с AФАР более надёжен, однако потребляет больше электроэнергии и требует более интенсивного охлаждения. Но AФАР может обеспечить намного большую передаваемую мощность, что необходимо для большей дальности обнаружения цели (увеличение передающей мощности, однако, имеет побочный эффект - увеличение следа, по которому радиоразведка или СПО противника могут обнаружить радар).

Стоимость

Для радара истребителя, требующего обычно от 1000 до 1800 модулей, стоимость AФАР становится неприемлемой, если модули стоят больше чем сто долларов каждый. Ранние модули стоили приблизительно 2 тыс. долларов, что не допускало массового использования AФАР. Однако стоимость таких модулей с развитием технологий постоянно уменьшается, поскольку себестоимость разработки и производства СВЧ МИС постоянно снижается.

Приёмо-передающий модуль

Приёмо-передающий модуль - это основа пространственного канала обработки сигнала в АФАР.

В его состав входит активный элемент - усилитель, который делает это устройство электродинамически невзаимным. Поэтому для обеспечения возможности работы устройства как на приём, так и на передачу в нём разделяют передающий и приёмный каналы. Разделение осуществляется либо коммутатором , либо циркулятором .

Приёмный канал

В состав приёмного канала входят следующие устройства:

Устройство защиты приёмника - обычно либо разрядник , либо другое пороговое устройство, предотвращающее перегрузку приёмного канала.
Малошумящий усилитель - два или более каскадов активного усиления сигнала.
Фазовращатель - устройство фазовой задержки сигнала в канале для задания фазового распределения по всему раскрыву решётки.
Аттенюатор - устройство задания (понижения, ослабления) амплитуды сигнала для задания амплитудного распределения по раскрыву решётки.

Передающий канал

Состав передающего канала схож с составом приёмного канала. Отличие заключается в отсутствии устройства защиты и меньших требованиях к усилителю по шумам. Тем не менее, передающий усилитель должен обладать большей выходной мощностью, чем приёмный.

Производимые БРЛС с АФАР

Н036 Белка (на стадии разработки) (ПАК ФА)
Northrop Grumman SABR (General Dynamics F-16 Fighting Falcon)
EL/M-2052 (F-15 , МиГ-29 , Mirage 2000)
AMSAR (Eurofighter Typhoon , Rafale)

См. также

Напишите отзыв о статье "Активная фазированная антенная решётка"

Примечания

Ссылки

Отрывок, характеризующий Активная фазированная антенная решётка

– Батюшка, я не хотел быть судьей, – сказал князь Андрей желчным и жестким тоном, – но вы вызвали меня, и я сказал и всегда скажу, что княжна Марья ни виновата, а виноваты… виновата эта француженка…
– А присудил!.. присудил!.. – сказал старик тихим голосом и, как показалось князю Андрею, с смущением, но потом вдруг он вскочил и закричал: – Вон, вон! Чтоб духу твоего тут не было!..

Князь Андрей хотел тотчас же уехать, но княжна Марья упросила остаться еще день. В этот день князь Андрей не виделся с отцом, который не выходил и никого не пускал к себе, кроме m lle Bourienne и Тихона, и спрашивал несколько раз о том, уехал ли его сын. На другой день, перед отъездом, князь Андрей пошел на половину сына. Здоровый, по матери кудрявый мальчик сел ему на колени. Князь Андрей начал сказывать ему сказку о Синей Бороде, но, не досказав, задумался. Он думал не об этом хорошеньком мальчике сыне в то время, как он его держал на коленях, а думал о себе. Он с ужасом искал и не находил в себе ни раскаяния в том, что он раздражил отца, ни сожаления о том, что он (в ссоре в первый раз в жизни) уезжает от него. Главнее всего ему было то, что он искал и не находил той прежней нежности к сыну, которую он надеялся возбудить в себе, приласкав мальчика и посадив его к себе на колени.
– Ну, рассказывай же, – говорил сын. Князь Андрей, не отвечая ему, снял его с колон и пошел из комнаты.
Как только князь Андрей оставил свои ежедневные занятия, в особенности как только он вступил в прежние условия жизни, в которых он был еще тогда, когда он был счастлив, тоска жизни охватила его с прежней силой, и он спешил поскорее уйти от этих воспоминаний и найти поскорее какое нибудь дело.
– Ты решительно едешь, Andre? – сказала ему сестра.
– Слава богу, что могу ехать, – сказал князь Андрей, – очень жалею, что ты не можешь.
– Зачем ты это говоришь! – сказала княжна Марья. – Зачем ты это говоришь теперь, когда ты едешь на эту страшную войну и он так стар! M lle Bourienne говорила, что он спрашивал про тебя… – Как только она начала говорить об этом, губы ее задрожали и слезы закапали. Князь Андрей отвернулся от нее и стал ходить по комнате.
– Ах, боже мой! Боже мой! – сказал он. – И как подумаешь, что и кто – какое ничтожество может быть причиной несчастья людей! – сказал он со злобою, испугавшею княжну Марью.
Она поняла, что, говоря про людей, которых он называл ничтожеством, он разумел не только m lle Bourienne, делавшую его несчастие, но и того человека, который погубил его счастие.
– Andre, об одном я прошу, я умоляю тебя, – сказала она, дотрогиваясь до его локтя и сияющими сквозь слезы глазами глядя на него. – Я понимаю тебя (княжна Марья опустила глаза). Не думай, что горе сделали люди. Люди – орудие его. – Она взглянула немного повыше головы князя Андрея тем уверенным, привычным взглядом, с которым смотрят на знакомое место портрета. – Горе послано им, а не людьми. Люди – его орудия, они не виноваты. Ежели тебе кажется, что кто нибудь виноват перед тобой, забудь это и прости. Мы не имеем права наказывать. И ты поймешь счастье прощать.
– Ежели бы я был женщина, я бы это делал, Marie. Это добродетель женщины. Но мужчина не должен и не может забывать и прощать, – сказал он, и, хотя он до этой минуты не думал о Курагине, вся невымещенная злоба вдруг поднялась в его сердце. «Ежели княжна Марья уже уговаривает меня простить, то, значит, давно мне надо было наказать», – подумал он. И, не отвечая более княжне Марье, он стал думать теперь о той радостной, злобной минуте, когда он встретит Курагина, который (он знал) находится в армии.
Княжна Марья умоляла брата подождать еще день, говорила о том, что она знает, как будет несчастлив отец, ежели Андрей уедет, не помирившись с ним; но князь Андрей отвечал, что он, вероятно, скоро приедет опять из армии, что непременно напишет отцу и что теперь чем дольше оставаться, тем больше растравится этот раздор.
– Adieu, Andre! Rappelez vous que les malheurs viennent de Dieu, et que les hommes ne sont jamais coupables, [Прощай, Андрей! Помни, что несчастия происходят от бога и что люди никогда не бывают виноваты.] – были последние слова, которые он слышал от сестры, когда прощался с нею.
«Так это должно быть! – думал князь Андрей, выезжая из аллеи лысогорского дома. – Она, жалкое невинное существо, остается на съедение выжившему из ума старику. Старик чувствует, что виноват, но не может изменить себя. Мальчик мой растет и радуется жизни, в которой он будет таким же, как и все, обманутым или обманывающим. Я еду в армию, зачем? – сам не знаю, и желаю встретить того человека, которого презираю, для того чтобы дать ему случай убить меня и посмеяться надо мной!И прежде были все те же условия жизни, но прежде они все вязались между собой, а теперь все рассыпалось. Одни бессмысленные явления, без всякой связи, одно за другим представлялись князю Андрею.

Князь Андрей приехал в главную квартиру армии в конце июня. Войска первой армии, той, при которой находился государь, были расположены в укрепленном лагере у Дриссы; войска второй армии отступали, стремясь соединиться с первой армией, от которой – как говорили – они были отрезаны большими силами французов. Все были недовольны общим ходом военных дел в русской армии; но об опасности нашествия в русские губернии никто и не думал, никто и не предполагал, чтобы война могла быть перенесена далее западных польских губерний.
Князь Андрей нашел Барклая де Толли, к которому он был назначен, на берегу Дриссы. Так как не было ни одного большого села или местечка в окрестностях лагеря, то все огромное количество генералов и придворных, бывших при армии, располагалось в окружности десяти верст по лучшим домам деревень, по сю и по ту сторону реки. Барклай де Толли стоял в четырех верстах от государя. Он сухо и холодно принял Болконского и сказал своим немецким выговором, что он доложит о нем государю для определения ему назначения, а покамест просит его состоять при его штабе. Анатоля Курагина, которого князь Андрей надеялся найти в армии, не было здесь: он был в Петербурге, и это известие было приятно Болконскому. Интерес центра производящейся огромной войны занял князя Андрея, и он рад был на некоторое время освободиться от раздражения, которое производила в нем мысль о Курагине. В продолжение первых четырех дней, во время которых он не был никуда требуем, князь Андрей объездил весь укрепленный лагерь и с помощью своих знаний и разговоров с сведущими людьми старался составить себе о нем определенное понятие. Но вопрос о том, выгоден или невыгоден этот лагерь, остался нерешенным для князя Андрея. Он уже успел вывести из своего военного опыта то убеждение, что в военном деле ничего не значат самые глубокомысленно обдуманные планы (как он видел это в Аустерлицком походе), что все зависит от того, как отвечают на неожиданные и не могущие быть предвиденными действия неприятеля, что все зависит от того, как и кем ведется все дело. Для того чтобы уяснить себе этот последний вопрос, князь Андрей, пользуясь своим положением и знакомствами, старался вникнуть в характер управления армией, лиц и партий, участвовавших в оном, и вывел для себя следующее понятие о положении дел.