Thiết kế, chế tạo anten mạng pha băng X điều khiển búp sóng số

Bài viết trình bày cơ sở nguyên lý thiết kế, chế tạo anten mạng pha khe trên ống sóng và kết quả mô phỏng; đo đạc, đánh giá chất lượng anten mạng pha băng X điều khiển búp sóng số (trên cơ sở các tham số kỹ thuật của anten mạng pha đài ra đa hỏa lực).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế, chế tạo anten mạng pha băng X điều khiển búp sóng số Nghiên cứu khoa học công nghệ THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ANTEN MẠNG PHA BĂNG X ĐIỀU KHIỂN BÚP SÓNG SỐ Nguyễn Văn Hạnh*, Võ Văn Phúc, Trần Thị Trâm, Đinh Văn Trường, Cao Văn Vũ Tóm tắt: Anten mạng pha được ứng dụng rộng rãi trong nhiều thiết bị quân sự hiện đại như: ra đa cảnh giới, ra đa điều khiển hỏa lực, đầu tự dẫn tên lửa. Trong bài báo này, chúng tôi trình bày cơ sở nguyên lý thiết kế, chế tạo anten mạng pha khe trên ống sóng và kết quả mô phỏng; đo đạc, đánh giá chất lượng anten mạng pha băng X điều khiển búp sóng số (trên cơ sở các tham số kỹ thuật của anten mạng pha đài ra đa hỏa lực). Từ khóa: Anten, Anten mạng pha, Ống dẫn sóng, băng X. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Anten mạng pha cho phép thực hiện hàng loạt các chức năng như: theo dõi nhiều mục tiêu một cách đồng thời; thay đổi vị trí cực đại chính anten trong không gian với tốc độ cực nhanh; cũng như mở rộng hay làm hẹp nó; hướng cực đại về tín hiệu hữu ích và hình thành giản đồ hướng không (nhỏ nhất) về phía nhiễu. Bằng cách thay đổi pha của dòng kích thích trong mỗi phần tử anten của mạng có thể quét cánh sóng phát xạ của anten trong không gian. Anten mạng pha với sự điều khiển pha điện tử làm giảm quán tính quét búp sóng so với cơ điện. Dùng anten mạng pha không những đạt được tốc độ quét cao mà còn có khả năng điều khiển cả dạng giản đồ hướng; tăng công suất phát xạ, nâng cao khả năng chống nhiễu [1]. Chức năng cơ bản của hệ anten mạng pha là tạo ra giản đồ hướng có búp sóng hẹp và điều khiển quét điện búp sóng đó. Các nước tiên tiến về công nghệ quân sự đã chế tạo ra nhiều loại anten mạng pha (AMP). Tuy nhiên, ở nước ta thiết kế chế tạo AMP là công việc còn mới mẻ. Bài báo này tập trung vào những vấn đề công nghệ chế tạo AMP trong điều kiện Việt Nam. Với đặc tính bức xạ anten, nếu anten được đặt trong mặt phẳng X-Y thì hướng cực đại của nó sẽ nằm theo trục Z vuông góc với mặt phẳng X-Y (xem hình 1). Bài toán được đặt ra là tính toán, thiết kế mạng anten như thế nào để hướng này cực đại và búp bên nhỏ ở mức cho phép. Do hướng cực đại vuông góc với mặt phẳng chứa phần tử ta sẽ chọn mạng hai chiều đặt trên mặt phẳng X-Y và các phần tử đồng pha và biên độ. Hình 1. Hệ thống anten mạng 2 chiều. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 53, 02 - 2018 89  Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Giả sử búp sóng chính của mạng có hướng là θ0 và Ф0 như hình 1. Để định nghĩa độ rộng búp sóng, ta cần chọn trước 2 mặt phẳng. Đầu tiên là mặt phẳng góc tà định nghĩa bởi góc Ф = Ф0 và mặt phẳng thứ hai là mặt phẳng trực giao với nó. Độ rộng búp sóng nửa công suất ứng với mỗi mặt phẳng lần lượt là θ x và Фy. Ví dụ nếu búp sóng cực đại của mạng có hướng là θ0 =  /2 và Ф0 =  /2 thì θx là độ rộng búp sóng trong mặt phẳng Y-Z, còn Фy là độ rộng búp sóng trong mặt phẳng X-Y. Với mạng hai chiều có (M x N) phần tử thì độ rộng búp sóng trong các mặt phẳng được tính theo các công thức sau [1]:  1,391   x  2   cos 1 ( ) (1) 2  Md   1,391   y  2  cos 1 ( ) (2) 2 Nd  2. NHIỆM VỤ THIẾT KẾ Các anten mạng pha hiện đang được sử dụng tại nước ta chủ yếu là trong các đài ra đa thế hệ mới, được nhập ngoại và chuyển giao công nghệ dưới dạng mô đun hoặc thiết bị; tuy nhiên vì mục đích bí mật quân sự nên các tài liệu thiết kế kỹ thuật và công nghệ không được công bố rộng rãi. Vì vậy để tiếp cận được với công nghệ mới mà vẫn đảm bảo được đầy đủ các tính năng như một hệ thống anten thông thường thì cần phải đầu tư nghiên cứu thiết kế, chế tạo một hệ thống anten mạng pha trong thực tế. Bài toán thiết kế anten mạng pha dựa trên cơ sở các tham số kỹ thuật của đài ra đa hỏa lực như sau: Thiết kế hệ thống anten mạng pha điều khiển số với các tham số kỹ thuật theo bảng 1. Bảng 1. Yêu cầu kỹ thuật đối với hệ thống anten mạng pha điều khiển số. Đơn Cần Anten ra đa TT Tham số kỹ thuật vị đo đạt hỏa lực Ống 1 Số lượng ống sóng (84  96 khe chấn tử) 16 64 sóng 8220  2 Dải tần làm việc MHz 8220  8880 8920 3 Hệ số sóng đứng của 1 hàng  1,5  1,5 4 Hệ số khuếch đại anten dBi  24 Độ rộng búp sóng trong mặt phẳng phương vị 1,2  5 độ 1,2  0,2 (mức -3 dB) 0,2 6 Mức cánh sóng phụ trong mặt phẳng phương vị dB  -20  -20 Độ rộng búp sóng trong mặt phẳng góc tà (mức -3 1,9  3,1 7 độ 10  2 dB) (tùy chế độ) 8 Góc quét điện trong mặt phẳng tà độ  20 Bước nhảy của búp sóng chính trong mặt phẳng ...