L'invention concerne le domaine de l'ingénierie radio, notamment la technologie des antennes, et peut être utilisée comme système d'antenne à large bande avec un diagramme de rayonnement contrôlé pour assurer des communications radio avec des ondes ionosphériques dans les domaines HF et VHF. L'objectif de l'invention est de développer un système d'antenne qui, avec une taille standard, assure le fonctionnement d'émetteurs à large portée nécessitant une adaptation de haute qualité avec l'antenne. Une antenne réseau à commande de phase (PAA) est constituée d'éléments plats identiques, dont chacun est formé par une paire de vibrateurs coplanaires orthogonaux de longueur L avec des bras triangulaires 1 (la valeur de L est égale à la longueur d'onde minimale dans la plage de fonctionnement). L'élément central et connecté à celui-ci au moyen d'un court-circuit. Les conducteurs et 2 éléments périphériques forment une paire orthogonale de vibrateurs basse fréquence. Tous les éléments périphériques, y compris ceux inclus dans le vibrateur basse fréquence, forment le réseau phasé haute fréquence. L'excitation du système d'antenne est distincte pour les vibrateurs horizontaux (g-g") et (v-v"), mais il est également possible de la combiner afin de réaliser un rayonnement polarisé circulairement. Le réseau multiéléments permet un fonctionnement dans une plage de 40 fois à un niveau BEV d'au moins 0,5. 6 malades.

L'invention concerne le domaine de la technique radio, notamment la technologie des antennes, et peut notamment être utilisée comme système d'antenne souterraine d'émission-réception ou d'antenne rampante pour exploiter des ondes ionosphériques dans les domaines HF et VHF. Antennes souterraines et de surface connues des gammes HF et VHF (Sosunov B.V. Filippov V.V. Fondamentaux du calcul des antennes souterraines. L. VAS, 1990). Les antennes analogiques souterraines multi-sections sont réalisées sous la forme d'un groupe de vibrateurs isolés en phase parallèles. Pour augmenter le gain, plusieurs de ces groupes sont utilisés, placés les uns après les autres et échelonnés en conséquence. Les inconvénients des analogues connus sont une plage étroite de fréquences de fonctionnement en raison de changements brusques de l'impédance d'entrée, d'un secteur de balayage du faisceau limité et de grandes dimensions. Pour assurer un fonctionnement dans la plage requise et dans les directions données, il est nécessaire de disposer de plusieurs tailles standards. La plus proche dans son essence technique de l'antenne réseau à commande de phase (PAR) revendiquée est la célèbre SGDP 3.6/4 RA PAR (Eisenberg G.Z. et al. Antennes à ondes courtes. M. Radio and Communications, 1985, pp. 271-274 , fig. 13.11.). L'antenne prototype est constituée d'un groupe d'éléments plats (PE) constitués de conducteurs métalliques. Chaque PE est un radiateur en forme de vibrateur symétrique constitué de deux bras triangulaires dont les extrémités extérieures sont reliées par un court-circuit. conducteurs. Tous les éléments sont unis par un chemin d'alimentation commun et forment un réseau en phase ou en phase (si des dispositifs de mise en phase sont inclus dans le chemin d'alimentation). Les éléments sont situés de manière coplanaire dans le rectangle qui limite l'ouverture du multiéléments et sont suspendus verticalement sur les mâts du multiéléments. Grâce à l'utilisation d'éléments constitués d'émetteurs à bras triangulaires, il dispose d'une large gamme de fréquences de fonctionnement et meilleure correspondance. Cependant, le prototype présente des inconvénients. Le coefficient de chevauchement de la plage de fonctionnement (le rapport entre la fréquence de fonctionnement maximale et la fréquence minimale) du réseau d'antennes SGDP 3.6/4 RA est de 2,14, ce qui est nettement inférieur à la valeur de ce paramètre pour les émetteurs modernes et ne permet pas d'avoir une taille unique. utilisé pour fournir des communications sur diverses distances. Le secteur de contrôle du diagramme de rayonnement (DP) dans le plan horizontal, égal à 60 o, limite les capacités de cette antenne lorsqu'elle fonctionne dans un réseau radio. De plus, l'antenne présente de grandes dimensions et une faible sécurité, et ne permet pas un fonctionnement indépendant avec une polarisation verticale et horizontale ou une onde polarisée circulairement. L'objectif de l'invention est de créer un réseau phasé à large bande destiné à être utilisé comme antenne de surface ou souterraine des gammes HF et VHF, permettant de contrôler le diagramme de rayonnement dans tout le demi-espace supérieur tout en réduisant la taille de la surface rayonnante. La tâche est réalisée par le fait que dans un réseau multiéléments connu contenant un groupe de PE, dont chacun comprend une paire d'émetteurs triangulaires installés de manière coplanaire dans le rectangle limitant l'ouverture du réseau multiéléments et connectés au chemin d'alimentation, une paire supplémentaire d'émetteurs identiques installés de manière coplanaire et orthogonale au premier. Tous les PE sont situés horizontalement dans le milieu semi-conducteur ou sur sa surface. Les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires appartenant aux PE adjacents les uns aux autres sont connectées électriquement. Les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires appartenant aux PE périphériques sont connectées le long du périmètre de l'ouverture du réseau phasé par des courts-circuits supplémentaires. conducteurs. Les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires, adjacentes des deux côtés aux grandes diagonales du réseau multiéléments, sont électriquement isolées et les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires restants sont reliées par des conducteurs court-circuités. Le chemin d'alimentation du canal LF est connecté aux sommets des émetteurs triangulaires du PE situés au centre du réseau phasé. Les sommets des émetteurs triangulaires des PE restants sont connectés au chemin d'alimentation du canal RF. Les émetteurs orthogonaux de chaque PE sont alimentés indépendamment, c'est-à-dire peut exciter chacun séparément avec une polarisation linéaire ou avec un décalage de 90 o, obtenant ainsi un rayonnement polarisé circulairement. Avec un tel schéma multiélément, les mêmes éléments sont utilisés deux fois pour fonctionner dans les gammes LF et HF (avec un coefficient de chevauchement de 5,33 et 7,5, respectivement) avec une correspondance au niveau BV d'au moins 0,5. En général, le réseau multiéléments proposé fonctionne dans une plage avec un chevauchement de 40 fois. De plus, à la fréquence de résonance, la superficie de sa surface émettrice est 1,6 fois inférieure à celle du prototype. En figue. La figure 1 montre une vue générale du réseau multiéléments ; En figue. 2 éléments plats ; En figue. 3 PE à quatre et trois shunts ; En figue. Système à 4 mangeoires ; En figue. 5, 6 - résultats d'études expérimentales. Le réseau multiéléments montré sur la Fig. 1, est constitué de N (par exemple, N 9 est pris) PE identiques. Un mode de réalisation du PE est illustré à la Fig. 2. Chaque PE est formé d'une paire orthogonale de vibrateurs plats g-g" et b-c" de longueur 2L 1 avec des bras en forme de triangles équilatéraux 1. Les extrémités adjacentes des émetteurs triangulaires des PE adjacents sont électriquement connectées (lignes m-m") . Les extrémités périphériques des émetteurs PE triangulaires sont connectées en court-circuit. conducteurs 2 (Fig. 3), à l'exception des émetteurs triangulaires adjacents de part et d'autre aux grandes diagonales c-c" et p-p", c'est-à-dire ces émetteurs sont électriquement isolés (Fig. 3). Dans cette condition, le PE central court-circuite. conducteurs rien de moins (Fig. 2). Les extrémités des émetteurs triangulaires c-c" et d-g", situées sur les bords extérieurs du réseau multiéléments, sont en outre reliées par des conducteurs 3 (dans ce cas, chaque conducteur 3 avec deux conducteurs forme un circuit fermé, qui peut être rempli de conducteurs supplémentaires ou remplacés par une plaque métallique massive de mêmes formes). Chaque PE a des dimensions transversales et longitudinales 2L= min (où min est la longueur d'onde minimale dans la plage de fonctionnement), et en général le réseau multiéléments est un carré avec un côté . Le système d'alimentation à réseau phasé représenté sur la FIG. 4, se compose de deux groupes identiques alimentant des émetteurs PE horizontaux z-g" et verticaux v-v". En figue. La figure 1 montre un groupe d'alimentation d'émetteurs horizontaux. Il comprend un alimentateur de 4 vibrateurs LF et (N-1) alimentateurs de 5 vibrateurs HF. Les coques grillagées 6 des départs 4, 5 sont reliées électriquement aux sommets des émetteurs triangulaires gauches des vibrateurs horizontaux, et les conducteurs centraux 7 de ces départs sont reliés de la même manière aux émetteurs triangulaires droits. Le chargeur 4 de l'élément LF est connecté directement à l'émetteur (récepteur). Les alimentations 5 des éléments HF pour assurer la mise en phase du réseau d'antennes et l'interface avec la sortie de l'émetteur sont connectées via des lignes à retard contrôlées (ULL) 8 et un diviseur de puissance 9 (lorsque le coupleur fonctionne pour une réception 1:8). Le dispositif proposé fonctionne de la manière suivante. Lorsque la tension d'excitation est appliquée à travers l'alimentation 4 aux points g-g" (pour un vibrateur vertical v-c"), le courant provenant de ces points circule le long des bras en forme de losange formés par les émetteurs triangulaires interconnectés 1 du PE central et latéral, ainsi que à partir des points E et E" par les conducteurs 2 jusqu'aux points H et H" des émetteurs triangulaires orthogonaux des PE périphériques, puis le long de ceux-ci dans le sens transversal jusqu'aux points K et K", à partir desquels partent chacun des paires de conducteurs 2 situé sur le côté extérieur du multiéléments (ou des plaques les remplaçant).Pour faire fonctionner le multiéléments de la gamme HF, la puissance de l'émetteur dans le diviseur 9 est divisée en 8 canaux identiques, dans chacun desquels le déphasage requis est créé à l'aide de l'ULZ 8, puis le PE est excité à travers les alimentations 5. Lorsque la tension d'excitation est appliquée à l'entrée de l'un des vibrateurs (horizontaux ou verticaux) de chaque PE, l'autre vibrateur, avec les conducteurs, forme un cavalier de court-circuit reliant les extrémités de l'émetteur excité, obtenant ainsi une adaptation améliorée dans la partie inférieure de la plage. Des études expérimentales du multiéléments proposé ont été réalisées sur un prototype conçu pour fonctionner dans la plage de 1,5 à 60 MHz, réalisé en tôle d'acier de 2 mm d'épaisseur. Les dimensions d'implantation sont de 15 x 15 m2, le sol est sec (=5, =0,001 S/m). Le système d'alimentation HF PAR était constitué de câbles coaxiaux RK-75-9-12 d'une longueur de (140-0,1) m, l'excitation des éléments LF était réalisée via des câbles RK-75-17-12 d'une longueur de ( 120-0,1) m. le circuit comprenait un diviseur de puissance de transformateur 1:8 et une ligne à retard contrôlée à 4 bits à 8 canaux formée par des sections de câble coaxial isolé en plastique fluoré d'une longueur de 0,66 m, 1,32 m, 2,64 m et 5,28 m. . Le produit Fakel-N1 a été utilisé comme dispositif de transmission (plage de fréquences de fonctionnement de 1,5 à 60 MHz, puissance jusqu'à 4 kW). Au cours de la recherche, les impédances d'entrée des éléments basse fréquence, des éléments haute fréquence séparément et dans le cadre d'un réseau multiéléments ont été mesurées, à partir desquelles les valeurs BEF et ces diagrammes de rayonnement dynamiques à différentes fréquences ont été calculés. Les valeurs du KBV, de l'élément basse fréquence, de l'élément haute fréquence individuel et du réseau multiéléments dans son ensemble, illustrées à la figure 5, confirment la haute qualité de l'adaptation sur toute la plage de fonctionnement. Les diagrammes de rayonnement dynamiques du réseau multiéléments dans les parties inférieure, moyenne et supérieure de la plage sont représentés sur la figure 6 (graphiques a, b, c, respectivement). La ligne continue montre les modèles calculés, les croix montrent les résultats de mesure. On constate que, sur toute la plage, le réseau multiéléments assure la formation d'un rayonnement maximum dans une direction donnée.

Réclamer

Antenne réseau à commande de phase contenant un groupe d'éléments plats, dont chacun comprend une paire d'émetteurs triangulaires installés de manière coplanaire à l'intérieur d'un rectangle délimitant l'ouverture du réseau d'antennes à commande de phase, et connectés au trajet d'alimentation, caractérisée en ce que les éléments plats sont situés horizontalement à l'intérieur du milieu semi-conducteur ou sur sa surface, une seconde paire d'émetteurs identiques est insérée dans chaque élément plat, installés de manière coplanaire et orthogonale au premier, les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires appartenant aux éléments plats adjacents sont électriquement connectées, et les extrémités extérieures de des émetteurs triangulaires appartenant à des éléments plats périphériques sont connectés le long du périmètre du réseau d'antennes à ouverture progressive avec des conducteurs de court-circuit supplémentaires, et les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires adjacentes des deux côtés aux grandes diagonales du réseau d'antennes à ouverture progressive sont électriquement isolées, et les extrémités extérieures des émetteurs triangulaires restants sont reliées par des conducteurs de court-circuit, tandis que le trajet d'alimentation du canal basse fréquence est connecté aux sommets des émetteurs triangulaires de l'élément plat, situés au centre du réseau d'antennes phasées. , et les sommets des émetteurs triangulaires des éléments plats restants sont connectés au trajet d'alimentation du canal haute fréquence, et les émetteurs triangulaires orthogonaux dans chaque élément plat sont alimentés indépendamment.

Dans la publication précédente /1/ nous avons montré que dans des conditions où il n'est pas possible d'élever l'antenne à une hauteur significative, les antennes à polarisation verticale et à petit angle de rayonnement présentent un avantage dans les communications longue distance : dipôle vertical incurvé (Fig. 1), Moxon vertical ( fig.2)

Nous ne mentionnons volontairement pas ici les verticales avec un système de contrepoids ou de radiales, car ces antennes sont très peu pratiques pour être placées dans des chalets d'été ou dans des conditions expéditionnaires.

Le Moxon vertical (Fig. 2), bien qu'il s'agisse d'une bonne antenne directionnelle avec un petit angle de rayonnement, a toujours un gain insuffisant par rapport aux « canaux d'ondes » ou « carrés » multi-éléments. Nous avons donc naturellement eu envie d'essayer un réseau phasé de deux Moxons verticaux, similaire à celui utilisé par les radioamateurs américains lors d'une expédition en Jamaïque (ils l'appelaient « 2x2 ») /2/.
La simplicité de sa conception et le petit espace requis pour son placement rendent la tâche facilement réalisable. L'expérience a été réalisée sur la bande des 17 m (fréquence centrale 18,120 MHz), puisque nous disposions déjà d'un Moxon vertical pour cette gamme. Ses caractéristiques calculées (Fig. 3) : gain 4,42 dBi, lobe arrière supprimé de plus de 20 dB, rayonnement maximum sous un angle de 17 degrés, polarisation verticale presque pure du rayonnement. Et ce, avec une hauteur du bord inférieur de l'antenne à seulement 2 m au-dessus du sol réel.
Pour chacune des antennes, vous aurez besoin d'un mât diélectrique de 8 à 10 m de haut (ou d'un arbre d'une hauteur appropriée) et de deux (de préférence trois) entretoises diélectriques de 2,2 m de long (des lattes de bois peuvent être utilisées). Éléments - à partir de n'importe quel fil de cuivre, de 1 à 3 mm de diamètre, nu ou isolé.
Au cours de l'expérience, un ensemble de tuyaux en fibre de verre de RQuad d'une hauteur totale de 10 m a été utilisé comme mât et des tuyaux d'eau en plastique d'un diamètre de 20 mm ont été utilisés comme entretoises. Les éléments sont fabriqués à partir de fil de campagnol. Les gars sont constitués d'un cordon en polypropylène de 3 mm. Le résultat est la conception illustrée à la figure 4.

Figure 3. Caractéristiques de conception de l'antenne verticale Moxon.

Le fil est passé à travers les trous situés près des extrémités des entretoises et y est fixé à l'aide de ruban isolant ou de pinces en plastique. Pour éviter que les entretoises ne se plient sous le poids de l'antenne, leurs extrémités sont tendues avec du fil de pêche. Pour maintenir la rectitude de l'élément actif, perturbé par le poids du câble, vous pouvez utiliser une troisième entretoise au niveau du milieu des éléments en faisant passer le fil directeur dans le trou de celui-ci et en fixant les points de connexion. de l'élément actif au câble qui se trouve dessus. Le câble passe le long de l'épandeur jusqu'au mât puis descend le mât. Le câble est équipé de tubes de ferrite tous les 2 m, éliminant l'influence de sa tresse sur les caractéristiques de l'antenne et équilibrant en même temps les courants d'alimentation. L'antenne se soulève facilement sur un mât préinstallé avec un rouleau sur le dessus à l'aide d'un cordon en nylon.
Les caractéristiques d'un empilement horizontal de deux de ces antennes, calculées à l'aide du programme MMANA, sont présentées sur la figure 5. Les meilleures caractéristiques d'amplification et de suppression du lobe arrière ont été obtenues avec une distance entre les antennes de 0,7 longueur d'onde, soit 11,6 m Cette antenne peut être appelée "2×MOXON".

Figure 5. Diagramme de rayonnement d'un réseau phasé de deux antennes Moxon verticales.

Le circuit sommateur est classique : chaque antenne ayant une impédance d'entrée de 50 Ohms, on utilise des câbles d'alimentation d'une résistance de 75 Ohms, longs de ¾ de longueur d'onde, en tenant compte du facteur de raccourcissement du câble. Aux extrémités des câbles, la résistance de l'antenne se transforme en 100 ohms. Par conséquent, ils peuvent être connectés en parallèle à l'aide d'un té, suivi d'un câble d'alimentation de 50 Ohm de n'importe quelle longueur. La longueur des câbles de transformation a été choisie à ¾ de longueur d'onde, car à une longueur de ¼ de longueur d'onde, leurs longueurs ne suffisent pas à couvrir la distance entre les antennes.
Il nous a fallu environ deux heures pour réaliser la deuxième copie de cette antenne. Les mâts ont été installés avec un espacement de 11,6 m (la largeur du chalet d'été était suffisante).
Chaque antenne a été réglée séparément, en les connectant via un câble demi-onde (en tenant compte du raccourcissement) et en coupant les extrémités des parties courbées inférieures des éléments. Pour éviter les erreurs de configuration, il est nécessaire de porter une attention particulière à la suppression des courants de mode commun dans les câbles de puissance à l'aide de selfs placées sur le câble. Nous avons dû utiliser jusqu'à 10 pièces. de filtres en ferrite encliquetables répartis sur toute la longueur du câble de 75 ohms avant que les résultats ne se stabilisent. Ces selfs doivent également être sur des câbles de transformation reliés par un té. Il n'est pas nécessaire de mettre des selfs sur le câble 50 Ohm reliant le té à l'émetteur-récepteur. En l'absence de ferrites, les selfs peuvent être remplacées par plusieurs tours de câble assemblés en bobine d'un diamètre de 15-20 cm, en les plaçant à proximité des points d'alimentation de l'antenne et à proximité du té. Pour améliorer les performances des antennes, la quasi-totalité de la longueur libre des câbles de transformation peut être assemblée en bobines d'arrêt.
Après avoir connecté deux Moxons verticaux dans un réseau, la fréquence de résonance augmente d'environ 500 kHz et le ROS à la fréquence centrale devient égal à 1,4.
Il est impossible de corriger la résonance du système en ajustant les Moxons, car dans ce cas, le modèle directionnel s'effondre. Les moyens les plus simples de faire correspondre le système consistent soit à connecter des bobines avec une inductance de 0,2 μH en série avec les entrées des deux antennes, soit à connecter un condensateur de 400 à 550 pF (sélectionner la valeur du ROS minimum à la fréquence centrale) en série. avec l'entrée du tee côté chargeur 50 Ohm. Dans ce cas, la bande en fonction du niveau SWR< 1,2 получается около 200 кГц (рис.6).

Fig.6. SWR de l'entrée après réglage à l'aide d'inducteurs de 0,2 µH.

Paramètres calculés à une hauteur du bord inférieur des antennes à 2 m au dessus du sol réel :
Gain 8,58 dBi (6,43 dBd),
Angle d'élévation 17 degrés,
Suppression du lobe arrière > 25 dB,
SWR dans la plage de fonctionnement< 1,2.
La présence de lobes secondaires avec une suppression de 10 dB par rapport au principal n'est pas, à notre avis, un inconvénient, car vous permet d'entendre les stations en dehors du faisceau principal étroit sans tourner l'antenne.
Nous ne connaissons pas d'autres conceptions d'antennes présentant des paramètres aussi élevés et une telle simplicité de conception.
Bien entendu, ce multiéléments est stationnaire et doit être installé en direction du DX le plus intéressant (à l’ouest par exemple). Ensuite, tourner son diagramme vers l'est ne sera pas difficile : pour ce faire, il faut abaisser les antennes, les faire pivoter de 180 degrés et les relever jusqu'aux mâts. Pour nous, cette opération n'a pris que cinq minutes après un certain entraînement.
Une photo de l'antenne expérimentale est présentée sur la figure 7.

Figure 7. Vue d'un réseau phasé de deux Moxons verticaux.

Vladislav Chtcherbakov, (RU3ARJ)
Sergueï Filippov, (RW3ACQ)
Youri Zolotov, (UA3HR)

Littérature:

1. Vladislav Shcherbakov RU3ARJ, Sergueï Filippov RW3ACQ. Les antennes verticales symétriques constituent la solution optimale pour les communications DX sur le terrain et dans les pays. Documents du Forum du Festival « Domodedovo 2007 ».

2. Expédition K5K Kingman Reef DX.
www.force12inc.com/k5kinfo.htm

informations - http://cqmrk.ru

L'article à traduire a été proposé par alessandro893. Le matériel est tiré d'un vaste site de référence, décrivant notamment les principes de fonctionnement et de conception des radars.

Une antenne est un appareil électrique qui convertit l'électricité en ondes radio et vice versa. L'antenne est utilisée non seulement dans les radars, mais également dans les brouilleurs, les systèmes d'alerte aux radiations et les systèmes de communication. Lors de l'émission, l'antenne concentre l'énergie de l'émetteur radar et forme un faisceau dirigé dans la direction souhaitée. Lors de la réception, l'antenne collecte l'énergie radar renvoyée contenue dans les signaux réfléchis et les transmet au récepteur. Les antennes varient souvent en termes de forme et d'efficacité du faisceau.

A gauche se trouve une antenne isotrope, à droite se trouve une antenne directionnelle

Antenne dipôle

Une antenne dipôle, ou dipôle, est la classe d'antennes la plus simple et la plus populaire. Se compose de deux conducteurs, fils ou tiges identiques, généralement à symétrie bilatérale. Pour les appareils émetteurs, du courant lui est fourni et pour les appareils récepteurs, un signal est reçu entre les deux moitiés de l'antenne. Les deux côtés du chargeur au niveau de l'émetteur ou du récepteur sont connectés à l'un des conducteurs. Les dipôles sont des antennes résonantes, c'est-à-dire que leurs éléments servent de résonateurs dans lesquels les ondes stationnaires passent d'une extrémité à l'autre. Ainsi, la longueur des éléments dipolaires est déterminée par la longueur de l’onde radio.

Schéma de rayonnement

Les dipôles sont des antennes omnidirectionnelles. C’est pour cette raison qu’ils sont souvent utilisés dans les systèmes de communication.

Antenne en forme de vibrateur asymétrique (monopole)

Une antenne asymétrique est la moitié d'une antenne dipôle et est montée perpendiculairement à la surface conductrice, un élément réfléchissant horizontal. La directivité d'une antenne monopôle est le double de celle d'une antenne dipôle double longueur car il n'y a pas de rayonnement sous l'élément réfléchissant horizontal. À cet égard, l’efficacité d’une telle antenne est deux fois plus élevée et elle est capable de transmettre davantage d’ondes en utilisant la même puissance de transmission.

Schéma de rayonnement

Antenne à canal d'onde, antenne Yagi-Uda, antenne Yagi

Schéma de rayonnement

Antenne d'angle

Type d'antenne souvent utilisé sur les émetteurs VHF et UHF. Il se compose d'un irradiateur (il peut s'agir d'un dipôle ou d'un réseau Yagi) monté devant deux écrans réfléchissants rectangulaires plats connectés selon un angle, généralement de 90°. Une feuille de métal ou une grille (pour les radars basse fréquence) peut agir comme un réflecteur, réduisant ainsi le poids et augmentant la résistance au vent. Les antennes d'angle ont une large portée et le gain est d'environ 10 à 15 dB.

Schéma de rayonnement

Antenne log-périodique de vibrateur (périodique logarithmique) ou réseau log-périodique de vibrateurs symétriques

Une antenne log-périodique (LPA) se compose de plusieurs émetteurs dipolaires demi-onde de longueur progressivement croissante. Chacun est constitué d'une paire de tiges métalliques. Les dipôles sont attachés étroitement, les uns derrière les autres, et connectés au chargeur en parallèle, avec des phases opposées. Cette antenne ressemble à l'antenne Yagi, mais elle fonctionne différemment. L'ajout d'éléments à une antenne Yagi augmente sa directivité (gain), et l'ajout d'éléments à un LPA augmente sa bande passante. Son principal avantage par rapport aux autres antennes réside dans sa gamme extrêmement large de fréquences de fonctionnement. Les longueurs des éléments d'antenne se rapportent les unes aux autres selon une loi logarithmique. La longueur de l’élément le plus long est la moitié de la longueur d’onde de la fréquence la plus basse et celle du plus court est la moitié de la longueur d’onde de la fréquence la plus élevée.

Schéma de rayonnement

Antenne hélicoïdale

Une antenne hélicoïdale est constituée d'un conducteur torsadé en spirale. Ils sont généralement montés au-dessus d'un élément réfléchissant horizontal. Le chargeur est relié au bas de la spirale et au plan horizontal. Ils peuvent fonctionner selon deux modes : normal et axial.

Mode normal (transversal) : Les dimensions de l'hélice (diamètre et inclinaison) sont petites par rapport à la longueur d'onde de la fréquence transmise. L'antenne fonctionne de la même manière qu'un dipôle ou un monopôle en court-circuit, avec le même diagramme de rayonnement. Le rayonnement est polarisé linéairement parallèlement à l’axe de la spirale. Ce mode est utilisé dans les antennes compactes pour radios portables et mobiles.

Mode axial : les dimensions de la spirale sont comparables à la longueur d'onde. L'antenne fonctionne comme une antenne directionnelle, transmettant le faisceau depuis l'extrémité de la spirale le long de son axe. Émet des ondes radio de polarisation circulaire. Souvent utilisé pour les communications par satellite.

Schéma de rayonnement

Antenne rhombique

Une antenne diamant est une antenne directionnelle à large bande constituée d'un à trois fils parallèles fixés au-dessus du sol en forme de losange, soutenus à chaque sommet par des tours ou poteaux auxquels les fils sont fixés à l'aide d'isolateurs. Les quatre côtés de l'antenne ont la même longueur, généralement au moins la même longueur d'onde, ou plus. Souvent utilisé pour la communication et le fonctionnement dans la gamme des ondes décamétriques.

Schéma de rayonnement

Réseau d'antennes bidimensionnelles

Réseau multi-éléments de dipôles utilisé dans les bandes HF (1,6 - 30 MHz), composé de rangées et de colonnes de dipôles. Le nombre de lignes peut être 1, 2, 3, 4 ou 6. Le nombre de colonnes peut être 2 ou 4. Les dipôles sont polarisés horizontalement et un écran réfléchissant est placé derrière le réseau de dipôles pour fournir un faisceau amplifié. Le nombre de colonnes dipolaires détermine la largeur du faisceau azimutal. Pour 2 colonnes la largeur du diagramme de rayonnement est d'environ 50°, pour 4 colonnes elle est de 30°. Le faisceau principal peut être incliné de 15° ou 30° pour une couverture maximale de 90°.

Le nombre de rangées et la hauteur de l'élément le plus bas au-dessus du sol déterminent l'angle d'élévation et la taille de la zone desservie. Un réseau de deux lignes a un angle de 20° et un réseau de quatre lignes a un angle de 10°. Le rayonnement d'un réseau bidimensionnel s'approche généralement de l'ionosphère sous un léger angle et, en raison de sa basse fréquence, est souvent réfléchi vers la surface de la Terre. Le rayonnement pouvant être réfléchi de nombreuses fois entre l’ionosphère et le sol, l’action de l’antenne ne se limite pas à l’horizon. De ce fait, une telle antenne est souvent utilisée pour les communications longue distance.

Schéma de rayonnement

Antenne cornet

Une antenne cornet se compose d’un guide d’ondes métallique en forme de cornet en expansion qui collecte les ondes radio dans un faisceau. Les antennes cornet ont une très large gamme de fréquences de fonctionnement, elles peuvent fonctionner avec un écart de 20 fois dans ses limites - par exemple de 1 à 20 GHz. Le gain varie de 10 à 25 dB et ils sont souvent utilisés comme alimentation pour des antennes plus grandes.

Schéma de rayonnement

Antenne parabolique

L'une des antennes radar les plus populaires est le réflecteur parabolique. L'alimentation est située au foyer de la parabole et l'énergie radar est dirigée vers la surface du réflecteur. Le plus souvent, une antenne cornet est utilisée comme alimentation, mais une antenne dipôle et une antenne hélicoïdale peuvent être utilisées.

Puisque la source ponctuelle d'énergie est au foyer, elle est convertie en un front d'onde de phase constante, ce qui rend la parabole bien adaptée à une utilisation dans les radars. En modifiant la taille et la forme de la surface réfléchissante, des faisceaux et des diagrammes de rayonnement de différentes formes peuvent être créés. La directivité des antennes paraboliques est bien meilleure que celle d'un Yagi ou d'un dipôle ; le gain peut atteindre 30-35 dB. Leur principal inconvénient est leur incapacité à gérer les basses fréquences en raison de leur taille. Une autre chose est que l'irradiateur peut bloquer une partie du signal.

Schéma de rayonnement

Antenne Cassegrain

Une antenne Cassegrain est très similaire à une antenne parabolique classique, mais utilise un système de deux réflecteurs pour créer et focaliser le faisceau radar. Le réflecteur principal est parabolique et le réflecteur auxiliaire est hyperbolique. L'irradiateur est situé à l'un des deux foyers de l'hyperbole. L'énergie radar de l'émetteur est réfléchie du réflecteur auxiliaire sur le réflecteur principal et focalisée. L'énergie revenant de la cible est collectée par le réflecteur principal et réfléchie sous la forme d'un faisceau convergeant en un point vers le réflecteur auxiliaire. Il est ensuite réfléchi par un réflecteur auxiliaire et collecté à l'endroit où se trouve l'irradiateur. Plus le réflecteur auxiliaire est grand, plus il peut être proche du réflecteur principal. Cette conception réduit les dimensions axiales du radar, mais augmente l'ombrage de l'ouverture. Au contraire, un petit réflecteur auxiliaire réduit l'ombrage de l'ouverture, mais il doit être éloigné de l'ouverture principale. Avantages par rapport à une antenne parabolique : compacité (malgré la présence d'un deuxième réflecteur, la distance totale entre les deux réflecteurs est inférieure à la distance de l'alimentation au réflecteur d'une antenne parabolique), pertes réduites (le récepteur peut être placé à proximité à l'émetteur du klaxon), réduction des interférences des lobes latéraux pour les radars au sol. Principaux inconvénients : le faisceau est bloqué plus fortement (la taille du réflecteur auxiliaire et de l'alimentation est plus grande que la taille de l'alimentation d'une antenne parabolique classique), ne fonctionne pas bien avec une large gamme d'ondes.

Schéma de rayonnement

Antenne Grégory

A gauche l'antenne Gregory, à droite l'antenne Cassegrain

L'antenne parabolique Gregory a une structure très similaire à l'antenne Cassegrain. La différence est que le réflecteur auxiliaire est courbé dans le sens opposé. La conception de Gregory peut utiliser un réflecteur secondaire plus petit par rapport à une antenne Cassegrain, ce qui permet de bloquer moins de faisceau.

Antenne décalée (asymétrique)

Comme son nom l'indique, l'émetteur et le réflecteur auxiliaire (s'il s'agit d'une antenne Gregory) d'une antenne déportée sont décalés par rapport au centre du réflecteur principal afin de ne pas bloquer le faisceau. Cette conception est souvent utilisée sur les antennes paraboliques et Gregory pour augmenter l'efficacité.

Antenne Cassegrain avec plaque de phase plate

Une autre conception conçue pour lutter contre le blocage du faisceau par un réflecteur auxiliaire est l'antenne plate Cassegrain. Il fonctionne en tenant compte de la polarisation des ondes. Une onde électromagnétique comporte 2 composantes, magnétique et électrique, qui sont toujours perpendiculaires l'une à l'autre et à la direction du mouvement. La polarisation de l'onde est déterminée par l'orientation du champ électrique, elle peut être linéaire (verticale/horizontale) ou circulaire (circulaire ou elliptique, tordue dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse). La chose intéressante à propos de la polarisation est le polariseur, ou le processus de filtrage des ondes, ne laissant que les ondes polarisées dans une direction ou un plan. Généralement, le polariseur est constitué d'un matériau avec une disposition parallèle d'atomes, ou il peut s'agir d'un réseau de fils parallèles dont la distance est inférieure à la longueur d'onde. On suppose souvent que la distance doit être d’environ la moitié de la longueur d’onde.

Une idée fausse courante est que l'onde électromagnétique et le polariseur fonctionnent de la même manière qu'un câble oscillant et une clôture en planches - c'est-à-dire, par exemple, qu'une onde polarisée horizontalement doit être bloquée par un écran doté de fentes verticales.

En fait, les ondes électromagnétiques se comportent différemment des ondes mécaniques. Un réseau de fils horizontaux parallèles bloque et réfléchit complètement une onde radio polarisée horizontalement et transmet une onde radio polarisée verticalement - et vice versa. La raison en est la suivante : lorsqu'un champ électrique, ou une onde, est parallèle à un fil, il excite des électrons sur toute la longueur du fil, et comme la longueur du fil est plusieurs fois supérieure à son épaisseur, les électrons peuvent facilement se déplacer et absorber la majeure partie de l’énergie de la vague. Le mouvement des électrons entraînera l’apparition d’un courant, et le courant créera ses propres ondes. Ces ondes annuleront les ondes de transmission et se comporteront comme des ondes réfléchies. D’un autre côté, lorsque le champ électrique de l’onde est perpendiculaire aux fils, elle excitera les électrons sur toute la largeur du fil. Puisque les électrons ne pourront pas se déplacer activement de cette manière, très peu d’énergie sera réfléchie.

Il est important de noter que même si dans la plupart des illustrations les ondes radio n’ont qu’un seul champ magnétique et un seul champ électrique, cela ne signifie pas qu’elles oscillent strictement dans le même plan. En fait, on peut imaginer que les champs électriques et magnétiques sont constitués de plusieurs sous-champs qui s'additionnent vectoriellement. Par exemple, pour une onde polarisée verticalement provenant de deux sous-champs, le résultat de l’addition de leurs vecteurs est vertical. Lorsque deux sous-champs sont en phase, le champ électrique résultant sera toujours stationnaire dans le même plan. Mais si l’un des sous-champs est plus lent que l’autre, le champ résultant commencera à tourner dans la direction dans laquelle l’onde se déplace (c’est ce qu’on appelle souvent la polarisation elliptique). Si un sous-champ est plus lent que les autres d'exactement un quart de longueur d'onde (la phase diffère de 90 degrés), alors nous obtenons une polarisation circulaire :

Pour convertir la polarisation linéaire d'une onde en polarisation circulaire et inversement, il est nécessaire de ralentir l'un des sous-champs par rapport aux autres d'exactement un quart de la longueur d'onde. Pour cela, un réseau (lame de phase quart d'onde) de fils parallèles espacés de 1/4 de longueur d'onde entre eux, situé à un angle de 45 degrés par rapport à l'horizontale, est le plus souvent utilisé.
Pour une onde traversant l'appareil, la polarisation linéaire se transforme en circulaire et circulaire en linéaire.

Une antenne Cassegrain à lame de phase plate fonctionnant sur ce principe est constituée de deux réflecteurs de taille égale. L'auxiliaire réfléchit uniquement les ondes polarisées horizontalement et transmet les ondes polarisées verticalement. Le principal reflète toutes les vagues. La plaque réflectrice auxiliaire est située devant la plaque réflectrice principale. Il se compose de deux parties : une plaque avec des fentes s'étendant à un angle de 45° et une plaque avec des fentes horizontales de moins de 1/4 de longueur d'onde de large.

Disons que l'alimentation transmet une onde à polarisation circulaire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. L'onde traverse la lame quart d'onde et devient une onde polarisée horizontalement. Il est réfléchi par les fils horizontaux. Il traverse à nouveau la plaque quart d'onde, de l'autre côté, et pour cela les fils de la plaque sont déjà orientés en miroir, c'est-à-dire comme s'ils étaient tournés de 90°. Le changement de polarisation précédent est inversé, de sorte que l'onde redevient polarisée circulairement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et retourne vers le réflecteur principal. Le réflecteur change de polarisation du sens inverse des aiguilles d'une montre au sens des aiguilles d'une montre. Il traverse les fentes horizontales du réflecteur auxiliaire sans résistance et sort en direction des cibles, polarisé verticalement. En mode réception, c'est l'inverse qui se produit.

Antenne à fente

Bien que les antennes décrites aient un gain assez élevé par rapport à la taille de l'ouverture, elles présentent toutes des inconvénients communs : une susceptibilité élevée des lobes latéraux (susceptibilité aux réflexions nuisibles de la surface terrestre et sensibilité aux cibles avec une faible zone de diffusion effective), une efficacité réduite en raison de blocage du faisceau (les petits radars, qui peuvent être utilisés à bord des avions, ont un problème de blocage ; les grands radars, où le problème de blocage est moindre, ne peuvent pas être utilisés dans les airs). En conséquence, un nouveau modèle d'antenne a été inventé : une antenne à fente. Il se présente sous la forme d'une surface métallique, généralement plate, dans laquelle sont découpés des trous ou des fentes. Lorsqu'il est irradié à la fréquence souhaitée, des ondes électromagnétiques sont émises par chaque fente, c'est-à-dire que les fentes agissent comme des antennes individuelles et forment un réseau. Le faisceau provenant de chaque fente étant faible, leurs lobes latéraux sont également très petits. Les antennes à fentes se caractérisent par un gain élevé, de petits lobes latéraux et un faible poids. Ils peuvent ne comporter aucune partie saillante, ce qui constitue dans certains cas un avantage important (par exemple, lorsqu'ils sont installés sur un avion).

Schéma de rayonnement

Antenne réseau à commande de phase passive (PFAR)

Radar avec MIG-31

Depuis les premiers jours du développement du radar, les développeurs ont été confrontés à un problème : l'équilibre entre la précision, la portée et le temps de balayage du radar. Cela se produit parce que les radars dotés d'une largeur de faisceau plus étroite augmentent la précision (résolution accrue) et la portée à la même puissance (concentration de puissance). Mais plus la largeur du faisceau est petite, plus le radar balaie l'ensemble du champ de vision longtemps. De plus, un radar à gain élevé nécessitera des antennes plus grandes, ce qui n’est pas pratique pour un balayage rapide. Pour atteindre une précision pratique aux basses fréquences, le radar nécessiterait des antennes si énormes qu’il serait mécaniquement difficile de les faire tourner. Pour résoudre ce problème, une antenne réseau à commande de phase passive a été créée. Le contrôle du faisceau ne repose pas sur la mécanique, mais sur l’interférence des ondes. Si deux vagues ou plus du même type oscillent et se rencontrent en un point de l'espace, l'amplitude totale des vagues s'additionne à peu près de la même manière que les vagues sur l'eau. Selon les phases de ces ondes, les interférences peuvent les renforcer ou les affaiblir.

Le faisceau peut être façonné et contrôlé électroniquement en contrôlant la différence de phase d'un groupe d'éléments de transmission, contrôlant ainsi l'endroit où se produisent les interférences d'amplification ou d'atténuation. Il s'ensuit que le radar de l'avion doit comporter au moins deux éléments émetteurs pour contrôler le faisceau d'un côté à l'autre.

En règle générale, un radar avec PFAR se compose d'une alimentation, d'un amplificateur à faibles interférences, d'un distributeur de puissance, de 1 000 à 2 000 éléments de transmission et d'un nombre égal de déphaseurs.

Les éléments émetteurs peuvent être des antennes isotropes ou directives. Quelques types typiques d’éléments de transmission :

Sur les premières générations d'avions de combat, les antennes patch (antennes ruban) étaient le plus souvent utilisées car elles étaient les plus simples à développer.

Les réseaux de phases actives modernes utilisent des émetteurs à rainure en raison de leurs capacités à large bande et de leur gain amélioré :

Quel que soit le type d'antenne utilisé, l'augmentation du nombre d'éléments rayonnants améliore les caractéristiques de directivité du radar.

Comme on le sait, pour une même fréquence radar, l’augmentation de l’ouverture entraîne une diminution de la largeur du faisceau, ce qui augmente la portée et la précision. Mais pour les réseaux multiéléments, il ne vaut pas la peine d'augmenter la distance entre les éléments émetteurs pour tenter d'augmenter l'ouverture et de réduire le coût du radar. Car si la distance entre les éléments est supérieure à la fréquence de fonctionnement, des lobes secondaires peuvent apparaître, dégradant considérablement les performances du radar.

La partie la plus importante et la plus coûteuse du PFAR sont les déphaseurs. Sans eux, il est impossible de contrôler la phase du signal et la direction du faisceau.

Il en existe différents types, mais ils peuvent généralement être divisés en quatre types.

Déphaseurs avec temporisation

Le type le plus simple de déphaseurs. Il faut du temps pour qu'un signal traverse une ligne de transmission. Ce retard, égal au déphasage du signal, dépend de la longueur de la ligne de transmission, de la fréquence du signal et de la vitesse de phase du signal dans le matériau de transmission. En commutant un signal entre deux ou plusieurs lignes de transmission d'une longueur donnée, le déphasage peut être contrôlé. Les éléments de commutation sont des relais mécaniques, des diodes à broches, des transistors à effet de champ ou des systèmes microélectromécaniques. Les diodes à broches sont souvent utilisées en raison de leur vitesse élevée, de leurs faibles pertes et de leurs circuits de polarisation simples qui fournissent des changements de résistance de 10 kΩ à 1 Ω.

Retard, sec = déphasage ° / (360 * fréquence, Hz)

Leur inconvénient est que l’erreur de phase augmente avec l’augmentation de la fréquence et augmente en taille avec la diminution de la fréquence. De plus, le changement de phase varie en fonction de la fréquence, ils ne sont donc pas applicables aux très basses et hautes fréquences.

Déphaseur réfléchissant/quadrature

Il s'agit généralement d'un dispositif de couplage en quadrature qui divise le signal d'entrée en deux signaux déphasés de 90°, qui sont ensuite réfléchis. Ils sont ensuite combinés en phase en sortie. Ce circuit fonctionne parce que les réflexions du signal provenant des lignes conductrices peuvent être déphasées par rapport au signal incident. Le déphasage varie de 0° (circuit ouvert, capacité varactor nulle) à -180° (court-circuit, capacité varactor infinie). De tels déphaseurs ont une large plage de fonctionnement. Cependant, les limitations physiques des varactors font qu'en pratique le déphasage ne peut atteindre que 160°. Mais pour un déplacement plus important, il est possible de combiner plusieurs de ces chaînes.

Modulateur de QI vectoriel

Tout comme un déphaseur réflexe, le signal est ici divisé en deux sorties avec un déphasage de 90 degrés. La phase d'entrée non biaisée est appelée canal I et la quadrature avec un décalage de 90 degrés est appelée canal Q. Chaque signal passe ensuite par un modulateur biphasique capable de décaler la phase du signal. Chaque signal est déphasé de 0° ou 180°, permettant de sélectionner n'importe quelle paire de vecteurs en quadrature. Les deux signaux sont ensuite recombinés. Puisque l'atténuation des deux signaux peut être contrôlée, non seulement la phase mais également l'amplitude du signal de sortie sont contrôlées.

Déphaseur sur les filtres passe-haut/bas

Il a été fabriqué pour résoudre le problème des déphaseurs temporisés qui ne peuvent pas fonctionner sur une large plage de fréquences. Il fonctionne en commutant le chemin du signal entre les filtres passe-haut et passe-bas. Semblable à un déphaseur temporisé, mais utilise des filtres au lieu de lignes de transmission. Le filtre passe-haut est constitué d'une série d'inductances et de condensateurs qui assurent une avance de phase. Un tel déphaseur fournit un déphasage constant dans la plage de fréquences de fonctionnement. Il est également beaucoup plus petit que les déphaseurs précédents répertoriés, c'est pourquoi il est le plus souvent utilisé dans les applications radar.

En résumé, par rapport à une antenne réfléchissante classique, les principaux avantages du PFAR seront : une vitesse de balayage élevée (augmentant le nombre de cibles suivies, réduisant la probabilité que la station détecte une alerte radiologique), l'optimisation du temps passé sur la cible, gain élevé et petits lobes secondaires (difficiles à brouiller et à détecter), séquence de balayage aléatoire (plus difficile à brouiller), possibilité d'utiliser des techniques spéciales de modulation et de détection pour extraire le signal du bruit. Les principaux inconvénients sont le coût élevé, l'incapacité de balayer sur une largeur supérieure à 60 degrés (le champ de vision d'un réseau de phases stationnaire est de 120 degrés, un radar mécanique peut l'étendre jusqu'à 360).

Antenne réseau à commande de phase active

À l’extérieur, AFAR (AESA) et PFAR (PESA) sont difficiles à distinguer, mais à l’intérieur ils sont radicalement différents. PFAR utilise un ou deux amplificateurs haute puissance pour transmettre un signal unique, qui est ensuite divisé en milliers de chemins pour des milliers de déphaseurs et d'éléments. Un radar AFAR se compose de milliers de modules de réception/émission. Étant donné que les émetteurs sont situés directement dans les éléments eux-mêmes, il n'y a pas de récepteur et d'émetteur séparés. Les différences d'architecture sont montrées sur l'image.

Dans AFAR, la plupart des composants, tels qu'un amplificateur de signal faible, un amplificateur haute puissance, un duplexeur et un déphaseur, sont de taille réduite et assemblés dans un boîtier appelé module d'émission/réception. Chacun des modules est un petit radar. Leur architecture est la suivante :

Bien que l'AESA et le PESA utilisent l'interférence des ondes pour façonner et dévier le faisceau, la conception unique de l'AESA offre de nombreux avantages par rapport au PFAR. Par exemple, un petit amplificateur de signal est situé à proximité du récepteur, avant les composants où une partie du signal est perdue, il a donc un meilleur rapport signal/interférence qu'un PFAR.

De plus, à capacités de détection égales, l’AFAR a un cycle de service et une puissance de crête inférieurs. De plus, étant donné que les modules APAA individuels ne reposent pas sur un seul amplificateur, ils peuvent transmettre simultanément des signaux à différentes fréquences. En conséquence, AFAR peut créer plusieurs faisceaux distincts, divisant le réseau en sous-réseaux. La capacité d'opérer sur plusieurs fréquences apporte le multitâche et la possibilité de déployer des systèmes de brouillage électronique n'importe où par rapport au radar. Mais former trop de faisceaux simultanés réduit la portée du radar.

Les deux principaux inconvénients de l’AFAR sont son coût élevé et son champ de vision limité à 60 degrés.

Antennes réseau hybrides électroniques-mécaniques

La vitesse de balayage très élevée du multiéléments est combinée à un champ de vision limité. Pour résoudre ce problème, les radars modernes placent des réseaux multiéléments sur un disque mobile, ce qui augmente le champ de vision. Ne confondez pas le champ de vision avec la largeur du faisceau. La largeur du faisceau fait référence au faisceau radar et le champ de vision fait référence à la taille globale de la zone balayée. Des faisceaux étroits sont souvent nécessaires pour améliorer la précision et la portée, mais un champ de vision étroit n'est généralement pas nécessaire.

Juste un excellent article, qui raconte à un niveau populaire de nombreuses subtilités très importantes que l'on ne retrouve généralement pas dans une présentation populaire. J'ai appris beaucoup de nouvelles choses sous une forme condensée. Merci beaucoup!

La deuxième partie de l'article est consacrée aux moyens de voir ce qui se trouve au-delà de l'horizon.
Après avoir lu les commentaires, j'ai décidé de parler plus en détail des communications VSD et des radars basés sur les principes du « faisceau céleste » ; des radars fonctionnant selon les principes du « faisceau terrestre » seront dans le prochain article, si je parlez-en, puis j'en parlerai séquentiellement.

Radars à l’horizon, tentative d’un ingénieur pour expliquer la complexité en termes simples. (deuxième partie) "Pic russe", "Zeus" et "Antey".

AU LIEU D'UN AVANT-PROPOS

Dans la première partie de l’article, j’ai expliqué les bases nécessaires à la compréhension. Par conséquent, si quelque chose devient soudainement flou, lisez-le, apprenez quelque chose de nouveau ou rafraîchissez quelque chose oublié. Dans cette partie, j'ai décidé de passer de la théorie aux détails et de raconter l'histoire sur la base d'exemples réels. Par exemple, afin d'éviter le bourrage, la désinformation et l'incitation aux pets des analystes en fauteuil, j'utiliserai des systèmes qui fonctionnent depuis longtemps et qui ne sont pas secrets. Comme ce n'est pas ma spécialisation, je vous raconte ce que j'ai appris lorsque j'étais étudiant auprès d'enseignants dans la matière « Fondements de la radiolocalisation et de la radionavigation » et ce que j'ai déniché dans diverses sources sur Internet. Les camarades connaissent bien ce sujet, si vous constatez une inexactitude, les critiques constructives sont toujours les bienvenues.

"PIC RUSSE" AKA "ARC"

"DUGA" est le premier radar au-dessus de l'horizon de l'Union (à ne pas confondre avec les radars au-dessus de l'horizon) conçu pour détecter les lancements de missiles balistiques. Trois stations de cette série sont connues : Installation expérimentale « DUGA-N » près de Nikolaev, « DUGA-1 » dans le village de Tchernobyl-2, « DUGA-2 » dans le village de Bolshaya Kartel près de Komsomolsk-sur-Amour. À l'heure actuelle, les trois stations ont été mises hors service, leurs équipements électroniques ont été démantelés et les réseaux d'antennes ont également été démantelés, à l'exception de la station située à Tchernobyl. Le champ d'antenne de la station DUGA est l'une des structures les plus remarquables de la zone d'exclusion après la construction de la centrale nucléaire de Tchernobyl elle-même.

Champ d'antenne "ARC" à Tchernobyl, bien qu'il ressemble plus à un mur)

La station fonctionnait dans la gamme HF à des fréquences de 5 à 28 MHz. Veuillez noter que la photo montre grosso modo deux murs. Comme il était impossible de créer une antenne à bande suffisamment large, il a été décidé de diviser la plage de fonctionnement en deux antennes, chacune conçue pour sa propre bande de fréquences. Les antennes elles-mêmes ne constituent pas une seule antenne solide, mais sont constituées de nombreuses antennes relativement petites. Cette conception est appelée antenne réseau à phases (PAR). Sur la photo ci-dessous, il y a un segment d'un tel PAR :

Voici à quoi ressemble un segment des PHARES "ARC", sans structures de support.

Disposition des éléments individuels sur la structure porteuse

Quelques mots sur ce qu'est le PAR. Certains m'ont demandé de décrire ce que c'est et comment cela fonctionne, je pensais déjà commencer, mais je suis arrivé à la conclusion que je devrais le faire sous la forme d'un article séparé, car j'ai besoin de raconter beaucoup de théorie. pour comprendre, donc un article sur les réseaux multiéléments sera dans le futur. Et en un mot : le multiéléments vous permet de recevoir des ondes radio provenant d'une certaine direction et de filtrer tout ce qui vient d'autres directions, et vous pouvez changer la direction de réception sans changer la position du multiéléments dans l'espace. Ce qui est intéressant, c'est que ces deux antennes, sur les photographies d'en haut, reçoivent, c'est-à-dire qu'elles ne pouvaient rien transmettre (rayonner) dans l'espace. Il existe une opinion erronée selon laquelle l'émetteur de "ARC" était le complexe "CIRCLE" voisin, ce n'est pas le cas. Le VNZ "KRUG" (à ne pas confondre avec le système de défense aérienne KRUG) était destiné à d'autres fins, bien qu'il fonctionnait en tandem avec le "ARC", plus d'informations à ce sujet ci-dessous. L'émetteur d'arc était situé à 60 km de Tchernobyl-2, près de la ville de Lyubech (région de Tchernigov). Malheureusement, je n'ai pas pu trouver plus d'une photographie fiable de cet objet, il n'y a qu'une description verbale : "Les antennes d'émission étaient également construites sur le principe d'un réseau d'antennes phasées et étaient plus petites et plus basses, leur hauteur était de 85 mètres." Si quelqu'un avait soudainement des photos de cette structure, je lui en serais très reconnaissant. Le système de réception du système de défense aérienne "DUGA" a consommé environ 10 MW, mais je ne peux pas dire combien l'émetteur a consommé car les chiffres sont très différents selon les sources, mais je peux dire d'emblée que la puissance d'une impulsion n'était pas inférieure à 160 MW. Je voudrais attirer votre attention sur le fait que l'émetteur était pulsé, et ce sont précisément ces impulsions que les Américains entendaient sur leurs ondes qui ont donné à la station son nom « Woodpecker ». L'utilisation d'impulsions est nécessaire pour qu'avec leur aide, il soit possible d'obtenir une puissance rayonnée supérieure à la consommation électrique constante de l'émetteur. Ceci est réalisé en stockant de l'énergie entre les impulsions et en émettant cette énergie sous la forme d'une impulsion à court terme. Généralement, le temps entre les impulsions est au moins dix fois plus long que la durée de l'impulsion elle-même. C'est cette consommation d'énergie colossale qui explique la construction de la centrale à proximité relative d'une centrale nucléaire - source d'énergie. C'est d'ailleurs ainsi que sonnait le « pic russe » à la radio américaine. Quant aux capacités du "ARC", les stations de ce type n'ont pu détecter qu'un lancement massif de fusée au cours duquel un grand nombre de torches de gaz ionisé se sont formées à partir des moteurs de fusée. J'ai trouvé cette photo avec les secteurs de visualisation de trois stations de type « DUGA » :

Cette image est correcte en partie parce qu'elle ne montre que les directions de visualisation et que les secteurs de visualisation eux-mêmes ne sont pas marqués correctement. Selon l'état de l'ionosphère, l'angle de vision était d'environ 50 à 75 degrés, bien que sur l'image, il soit indiqué à un maximum de 30 degrés. La portée de visualisation dépendait encore une fois de l'état de l'ionosphère et n'était pas inférieure à 3 000 km, et dans le meilleur des cas, il était possible de voir les lancements juste au-delà de l'équateur. D'où l'on peut conclure que les stations ont balayé tout le territoire de l'Amérique du Nord, l'Arctique et les parties nord des océans Atlantique et Pacifique, en un mot, presque toutes les zones possibles pour le lancement de missiles balistiques.

VNZ "CERCLE"

Pour le bon fonctionnement du radar de défense aérienne et la détermination de la trajectoire optimale du faisceau sonore, il est nécessaire de disposer de données précises sur l'état de l'ionosphère. Pour obtenir ces données, la station « CIRCLE » de Sondage Oblique Inversé (ROS) de l'ionosphère a été conçue. La station se composait de deux anneaux d'antennes similaires aux PHARES "ARC" situés uniquement verticalement, il y avait un total de 240 antennes, chacune mesurant 12 mètres de haut, et une antenne se trouvait sur un bâtiment d'un étage au centre des cercles.

VNZ "CERCLE"

Contrairement à "ARC", le récepteur et l'émetteur sont situés au même endroit. La tâche de ce complexe était de déterminer en permanence les longueurs d'onde qui se propagent dans l'atmosphère avec la moindre atténuation, la portée de leur propagation et les angles sous lesquels les ondes sont réfléchies par l'ionosphère. À l'aide de ces paramètres, le trajet du faisceau vers la cible et retour a été calculé et le réseau multiéléments de réception a été configuré de manière à recevoir uniquement son signal réfléchi. En termes simples, l'angle d'arrivée du signal réfléchi a été calculé et la sensibilité maximale du réseau multiéléments a été créée dans cette direction.

Systèmes de défense aérienne MODERNES "DON-2N" "DARYAL", "VOLGA", "VORONEZH"

Ces stations sont toujours en alerte (sauf Daryal), il y a très peu d'informations fiables sur elles, je vais donc décrire superficiellement leurs capacités. Contrairement à "DUGI", ces stations peuvent enregistrer des lancements de missiles individuels et même détecter des missiles de croisière volant à très basse vitesse. En général, la conception n'a pas changé : ce sont les mêmes réseaux multiéléments utilisés pour recevoir et transmettre des signaux. Les signaux utilisés ont changé, ce sont les mêmes impulsions, mais maintenant ils sont répartis uniformément sur la bande de fréquence de travail ; en termes simples, ce n'est plus le coup d'un pic, mais un bruit uniforme, difficile à distinguer des autres bruits. sans connaître la structure originale du signal. Les fréquences ont également changé : si l'arc fonctionnait dans la gamme HF, alors « Daryal » est capable de fonctionner en HF, VHF et UHF. Les cibles peuvent désormais être identifiées non seulement par les gaz d'échappement mais aussi par la carcasse de la cible elle-même ; j'ai déjà évoqué les principes de détection des cibles sur fond de sol dans l'article précédent.

COMMUNICATION RADIO VHF LONGUE LONGUE

Dans le dernier article, j'ai brièvement parlé des ondes kilométriques. Peut-être qu'à l'avenir je ferai un article sur ces types de communications, mais maintenant je vais vous en parler brièvement en utilisant les exemples de deux émetteurs ZEUS et du 43e centre de communications de la marine russe. Le titre SDV est purement symbolique, car ces longueurs échappent aux classifications généralement acceptées et les systèmes les utilisant sont rares. ZEUS utilise des ondes d'une longueur de 3656 km et d'une fréquence de 82 hertz. Un système d'antenne spécial est utilisé pour le rayonnement. Un terrain avec la conductivité la plus basse possible est trouvé et deux électrodes y sont enfoncées à une distance de 60 km et à une profondeur de 2-3 km. Pour le rayonnement, une tension haute tension est appliquée aux électrodes avec une fréquence donnée (82 Hz), car la résistance de la roche terrestre est extrêmement élevée entre les électrodes, le courant électrique doit traverser les couches plus profondes de la terre, les transformant ainsi en une énorme antenne. Pendant le fonctionnement, Zeus consomme 30 MW, mais la puissance émise ne dépasse pas 5 watts. Cependant, ces 5 watts sont tout à fait suffisants pour que le signal traverse complètement le globe entier ; l'œuvre de Zeus est enregistrée même en Antarctique, bien qu'elle soit elle-même située sur la péninsule de Kola. Si vous respectez les anciennes normes soviétiques, "Zeus" fonctionne dans la gamme ELF (extrêmement basse fréquence). La particularité de ce type de communication est qu'elle est à sens unique, son but est donc de transmettre des signaux courts conditionnels, après avoir entendu lesquels, les sous-marins flottent à faible profondeur pour communiquer avec le centre de commandement ou larguer une bouée radio. Il est intéressant de noter que Zeus est resté secret jusque dans les années 1990, lorsque des scientifiques de l'Université de Stanford (Californie) ont publié un certain nombre de déclarations intrigantes concernant la recherche dans le domaine de l'ingénierie radio et de la transmission radio. Les Américains ont été témoins d'un phénomène inhabituel : des équipements radio scientifiques situés sur tous les continents de la Terre enregistrent régulièrement et en même temps d'étranges signaux répétitifs à une fréquence de 82 Hz. La vitesse de transmission par session est de trois chiffres toutes les 5 à 15 minutes. Les signaux proviennent directement de la croûte terrestre. Les chercheurs ont le sentiment mystique que c'est la planète elle-même qui leur parle. Le mysticisme est le lot des obscurantistes médiévaux, et les Yankees avancés se sont immédiatement rendu compte qu'ils avaient affaire à un incroyable émetteur ELF situé quelque part de l'autre côté de la Terre. Où? Il est clair où - en Russie. On dirait que ces fous russes ont court-circuité la planète entière, en l’utilisant comme une antenne géante pour transmettre des messages cryptés.

Le 43e centre de communications de la marine russe présente un type d'émetteur à ondes longues légèrement différent (station radio "Antey", RJH69). La station est située près de la ville de Vileika, dans la région de Minsk, en République de Biélorussie, le champ d'antenne couvre une superficie de 6,5 kilomètres carrés. Il se compose de 15 mâts d'une hauteur de 270 mètres et de trois mâts d'une hauteur de 305 mètres, des éléments du champ d'antenne sont tendus entre les mâts, dont le poids total est d'environ 900 tonnes. Le champ d'antenne est situé au-dessus des zones humides, ce qui offre de bonnes conditions pour le rayonnement du signal. J'étais moi-même à côté de cette station et je peux dire que les mots et les images ne peuvent pas transmettre la taille et les sensations que ce géant évoque dans la réalité.

Voici à quoi ressemble le champ d'antenne sur Google Maps : les clairières sur lesquelles s'étendent les principaux éléments sont bien visibles.

Vue depuis l'un des mâts d'Antea

La puissance d'Antey est d'au moins 1 MW, contrairement aux émetteurs radar de défense aérienne, il n'est pas pulsé, c'est-à-dire qu'en fonctionnement, il émet ce même mégawatt ou plus, tout le temps qu'il fonctionne. La vitesse exacte de transmission des informations n'est pas connue, mais si l'on fait une analogie avec le Goliath capturé par les Allemands, elle n'est pas inférieure à 300 bps. Contrairement au Zeus, la communication est déjà bidirectionnelle : les sous-marins utilisent pour communiquer soit des antennes filaires remorquées sur plusieurs kilomètres, soit des bouées radio spéciales qui sont larguées par le sous-marin depuis de grandes profondeurs. La gamme VLF est utilisée pour la communication ; la portée de communication couvre tout l’hémisphère nord. Les avantages de la communication VSD sont qu'il est difficile de la brouiller avec des interférences et qu'elle peut également fonctionner dans des conditions d'explosion nucléaire et après celle-ci, tandis que les systèmes à haute fréquence ne peuvent pas établir de communication en raison d'interférences dans l'atmosphère après l'explosion. En plus de la communication avec les sous-marins, "Antey" est utilisé pour la reconnaissance radio et la transmission de signaux horaires précis du système "Beta".

AU LIEU D'UNE POST-MOT

Ce n'est pas le dernier article sur les principes de regarder au-delà de l'horizon, il y en aura plus, dans celui-ci, à la demande des lecteurs, je me suis concentré sur les systèmes réels plutôt que sur la théorie.. Je m'excuse également pour le retard de sortie, Je ne suis pas un blogueur ni un résident d'Internet, j'ai un travail que j'aime et qui m'« aime » périodiquement beaucoup, alors j'écris des articles entre-temps. J'espère que c'était intéressant à lire, car je suis toujours en mode essai et je n'ai pas encore décidé dans quel style écrire. Les critiques constructives sont comme toujours les bienvenues. Bon, et surtout pour les philologues, une anecdote à la fin :

Professeur Matan sur les philologues :
-...Crachez au visage de quiconque dit que les philologues sont de tendres violettes aux yeux pétillants ! Je vous en supplie! En fait, ce sont des types sombres, bilieux, prêts à arracher la langue de leur interlocuteur pour des phrases comme « payer l'eau », « c'est mon anniversaire », « il y a un trou dans mon manteau »...
Voix de dos :
- Qu'est-ce qui ne va pas avec ces phrases ?
Le professeur ajusta ses lunettes :
"Et sur ton cadavre, jeune homme, ils sauteraient même."