Антенны летательных аппаратов - Пригода Б.А., Кокунько В.С.

Автор: Пригода Б.А. Кокунько В.С.
Теги: электротехника авиация и космонавтика летательные аппараты ракетная техника космическая техника общая радиотехника антенны
Год: 1979
Похожие
Обтекатели антен летательных аппаратов
Радиоэлектронная борьба. Основы теории
Основы компоновки бортового оборудования космических аппаратов
Космонавтика ближайших лет
Текст
                    flOlVdVHJIV
HHHEaiVldlf

Б. А. ПРИГОДА. В. С. КОКУНЬКО
АНТЕННЫ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ
Издание 2-е, переработанное и дополненное
Ордена Трудового Красного Знамени
ВОЕННО17
‘ лЫ СССР
м о с к в а — 1979
ББК 32.845
П75
УДК 621.396.67:629.7
Пригода Б. А., Кокунько В. С.
П75 Антенны летательных аппаратов.— 2-е изд., пе-
рераб. и доп.— М.: Воениздат, 1979.— 160 с. с ил.
30 к.
В книге рассматриваются электрические и конструктивные осо-
бенности многообразных видов антенн, устанавливаемых на совре-
менных самолетах, вертолетах, ракетах и космических аппаратах.
Текст книги наглядно иллюстрирован, что в сочетании с неболь-
шим объемом формул и выкладок делает ее доступной для широкого
круга читателей, знакомых с основами радиотехники и интересую-
щихся развитием антенной техники.
При написании книги были использованы материалы открытой
отечественной и иностранной научно-технической литературы.
п 31808—074
11 06Щ02)—79
238—78
ББК 32.845
6Ф2.12
(g) Воениздат, 1979
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данная книга доступна для широкого круга читате-
лей, знакомых с основами радиотехники и интересую-
щихся вопросами развития антенных систем для совре-
менных авиационных и космических летательных аппа-
ратов. Материал книги излагается так, чтобы у читателя
составилось полное представление о ходе развития ан-
тенной техники летательных аппаратов от простейших
проволочных антенн, устанавливаемых на дозвуковых
самолетах, до современных быстродействующих фазиро-
ванных антенных решеток, построенных на базе новей-
ших достижений науки и техники полупроводников и
современных методов математической обработки инфор-
мации, передаваемой по линиям связи летательных
аппаратов.
Основное внимание в книге уделяется вопросам ло-
гического обоснования назначения рассматриваемого
типа антенных устройств, физике процессов, конструк-
тивным и эксплуатационным особенностям этих устройств.
Рассмотрены также вопросы, связанные с миниатюри-
зацией антенн, что крайне важно реализовать при по-
строении бортовых систем и, в частности, антенно-фи-
дерных систем современных летательных аппаратов.
Специальная глада посвящена рассмотрению вопро-
сов, связанных с применением на борту современного
летательного аппарата радиопрозрачных обтекателей,
свойствами которых определяются в немалой степени
характеристики аппарата в целом. Главы 1—5 посвя-
щены в основном антенным системам самолетов, вер-
толетов, ракет. Вопросы, связанные с особенностями
конструкций и условий эксплуатации антенных систем
космических аппаратов, изложены в заключительной
главе 6.
1*
3
В основу книги положены материалы открытой пе-
чати, появившиеся в последнее время в отечественной
и зарубежной литературе. Изложение сопровождается
ссылками на основные источники, которые указаны в
конце книги.
Авторы выражают свою признательность члену-кор-
респонденту АН СССР Л. Д. Бахраху, который взял на
себя труд просмотреть материал рукописи и сделал
много ценных замечаний.
ВВЕДЕНИЕ
Развитие техники летательных аппаратов идет по
пути бурного роста высот, скоростей и дальностей по-
лета. Только после 2-й мировой войны скорости и вы-
соты полета самолетов возросли более чем в 5 раз. Со-
временные сверхзвуковые самолеты способны совер-
шать сверхдальние межконтинентальные беспересадоч-
ные полеты в любых погодных условиях. Последние
15 лет явились периодом грандиозного, поистине рево-
люционного скачка в области развития летательных ап-
паратов: преодолено земное притяжение, осуществлены
полеты в космическое пространство.
Все глубже проникает человеческий разум в тайны
Вселенной. Осуществлены посадки автоматических кос-
мических аппаратов на ближайшую соседку Земли —
Луну, сделан первый шаг человека по Луне. Получены
уникальнейшие снимки поверхности планеты загадок
Венеры, которая после удачного полета космических
близнецов — автоматических станций «Венера-9» и «Ве-
нера-10»— в иностранной печати стала называться
«Русской планетой».
Эти достижения были бы немыслимы без того вы-
сокого уровня науки и техники, который достигнут в
настоящее время, в том числе в радиоэлектронике и дру-
гих современных областях техники, использующих
свойства радиоволна В любых радиолиниях, в том
числе и радиолиниях летательных аппаратов, антенные
системы играют/ роль активных элементов, не только ।
выполняющих задачи приема и излучения радиоволн,,
несущих в себе известный объем информации, но и'
определенным образом влияющих на характеристики,
собственно летательного аппарата и различных его аг- 
регатов и систем.
Для излучения электромагнитных волн в простран-
ство или приема их из пространства, окружающего ле-
5
тательный аппарат, антенная система должна быть свя-
зана с этим пространством, то есть определенным обра-
зом должна быть размещена на корпусе летательного
аппарата и иметь выход из-под его обшивки.
В силу этого антенны летательных аппаратов одно-
временно являются элементами бортового электронного
радиооборудования и элементами конструкции лета-
тельного аппарата. Следовательно, все требования,
предъявляемые к бортовому радиооборудованию, в том
числе механические, климатические, радиационные и
другие, в равной степени относятся и к антенным систе-
мам летательных аппаратов.
Развитие антенн летательных аппаратов идет по
пути повышения их эффективности, предусматриваю-
щей одновременное решение таких задач, как повыше-
ние коэффициента полезного действия (КПД) антенной
системы при сохранении аэродинамических, прочно-
стных и других качеств летательного аппарата. Под
КПД в данном случае понимается отношение мощности,
излученной антенной системой с учетом влияния кор-
пуса летательного аппарата и других его систем в сек-
торе связи, к мощности бортового радиопередающего
устройства.
В применении к летательным аппаратам задачи по-
вышения эффективности антенн и снижения их габари-
тов и масс не только неразрывно связаны, но и вза-
имно дополняют друг друга, поскольку даже простое
снижение габаритов и масс антенной системы при
сохранении ее электрической эффективности уже по-
зволяет увеличить потенциал линии связи. Это полу-
чается за счет возможности увеличения в данном
случае энергетического ресурса бортовых источников
питания, увеличения мощности бортовых передатчиков
и т. д.
Снижение габаритно-массовых характеристик ан-
тенных устройств летательных аппаратов возможно осу-
ществить следующими путями: простое механическое
уменьшение габаритов; применение магнитодиэлектри-
ческих покрытий и заполнений; выбор оптимальных ме-
тодов возбуждения излучающих поверхностей; приме-
нение частотно-независимых антенн, а также антенн с
регулируемыми характеристиками излучения, позволя-
ющими сократить количество потребных антенн совме-
6
Щением функций нескольким излучателей в одном; со-
вмещение функций антенных устройств с функциями
других элементов и агрегатов борта летательного аппа*
рата.
Рис. В.1. Укорочение вибраторной антенны)
а — эквивалентная схема диполя: б — диполь с емкостями на за-
кон донках; в —диполь с реактивными цилиндрами; г—диполь с
реактивным диском
Один из возможных способов уменьшения размеров
5ателя показан на рис. ВЛ, где приведена эквива-
ая электрическая схема (а) и эскиз диполя (б),
чение плеч которого осуществляется с помощью
реактивных дисков (г) и цилиндров (в).
Применение магнитодиэлектрических покрытий ха-
рактерно тем, что диполь, помешенный в такую среду,
резонирует при меньших частотах, чем тот же диполь
в свободной среде. Это уменьшение частоты пропорцио-
нально величине Р%р, где е и р— электрическая и маг-
нитная проницаемости среды соответственно. Укорочение
ра-змеров излучателей, помещенных в такую среду, про-
исходит по той причине, что скорость распространения
электромагнитной волны в среде более плотной, чем
вакуум, уменьшается пропорционально К ф ♦ Поэтому
резонансная эффективная длина в такой среде будет
7
Меньше, чем в свободном пространстве, что и обеспё*
чивает резонанс для вибратора с физической длиной
меньше резонансной в свободном пространстве.
Применение магнитодиэлектрических сред эффек-
тивно и для других типов излучателей, например для
спиральных. Так, для конической спирали, навитой по
логарифмическому закону, коэффициент уменьшения
размеров эффективной излучающей области при помеще-
нии спирали в среду с параметрами s и р составляет [8]
тгь ~
1 -ь (1 4- sin ф cos 0)
1 -I-----------------f sin ф COS 0
I с	/	1
где 20 —угол при вершине конической спирали;
ф— угол намотки спирали.
При 0 = 0° это выражение может быть использовано
для плоской спирали. Так, при ф = 6,5°, е = 3,8 и р=2,2
для плоской спирали коэффициент укорочения соста-
вит 0,6, что подтверждается и на практике.
Одним из направлений в решении задач оптимального
построения антенных систем летательных аппаратов яв-
ляется оптимальное использование полезного объема,
отведенного под размещение антенной системы. Если
задан объем сферы радиуса а, коэффициент направлен-
ного действия (КНД), определяющий отношение мощ-
ностей в данной точке приема от рассматриваемой ан-
тенны и от изотропного излучателя, будет равен [8]:
КНД= + 2	.
Однако из теории решеток известно, что при соот-
ветствующих способах возбуждения заданного объема
можно добиться увеличения эффективности излучаю-
щей системы в 2 раза и более. Таким образом, умелым
распределением излучателей, подбором их количества
в заданном объеме и подбором способа их взаимной
фазировки возможно оптимизировать габаритно-массо-
вые характеристики системы.
Комбинация нескольких излучателей в одной общей
по объему системе и работающих каждый в своем ре-
8
жиме излучения также может позволить решить задачу
снижения общих габаритов [17]. Пример такой совме-
щенной конструкции приведен на рис. В.2. Это спи-
рально-штыревая антенна. Спираль обеспечивает излу-
I
Рис. В.2. Комбинированная антенна:
1 — спираль; 2 — несимметричный штырь; 3 —
отражатель; 4 — высокочастотный разъем
чение вдоль оси х, а штырь — поперечное ненаправлен-
ное излучение в плоскости yz. Примером совмещения
конструкций антенны с конструкцией корпуса летатель-
ного аппарата может служить посадочный аппарат ав-
томатической космической станции «Венера-9», пока-
занный на рис. В.З. Здесь модифицированная малогаба-
ритная спиральная антенна 1 совмещена конструктивно
с цилиндрическим парашютным отсеком 2, который ис-
пользуется в качестве части излучающей системы и
в качестве элемента жесткого крепления антенны.
Рассмотрение проблем, о которых говорилось выше,
целесообразно проводить применительно к конкретному
типу летательного аппарата. Так, например, разреше-
ние важной проблемы уменьшения габаритов и масс
для самолетных и ракетных антенн связано зачастую с
уменьшением так называемой их силуэтности. Под си-
луэтностью антенн понимается, насколько антенна вы-
ступает над реальным обводом летательного аппа-
рата. Для самолетов и ракет это приводит к ухудше-
9
нию аэродинамического качества носителя. Для косми-
ческих летательных аппаратов вопрос о том, выступа-
ет или не выступает конструкция антенны за обшивку
Рис. В.З. Посадочный аппарат автоматической кос-
мической станции «Венера-9»:
/—малогабаритная спиральная антенна: 2 — парашютный
отсек; 3 — приборный отсек; 4 — аэродинамический конус;
5 —фары подсвета; 6 — орбитальный аппарат: 7 — Земля
носителя, стоит зачастую не так остро и рассматривает-
ся в том аспекте, насколько выступающая ча(сть антенны
перекрывает «поля зрения» других антенн или каких-
либо оптических средств борта.
При рассмотрении же собственно электрических ха-
рактёристик различного типа антенных устройств лета-
10
Тельных аппаратов в каждом конкретном случае в кнй*
ге показана специфика возбуждения корпуса летатель-
ного аппарата в данном диапазоне радиоволн, при ис-
пользовании того или иного антенного излучателя, иг-
рающего роль активного'возбудителя обшивки корпуса,
влияние корпуса на пространственные характеристики
излучения и возможные пути и средства уменьшения
этого влияния.
Глава t
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АНТЕННАХ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
§ 1.1. Назначение антенных устройств летательных
аппаратов
Нормальное функционирование современного лета-
тельного аппарата невозможно без оснащения его раз-
личного рода связными, навигационными, радиолока-
ционными, радиотелеметрическими, телевизионными и
прочими бортовыми радиосредствами. Обмен информа-
цией между летательным аппаратом и Землей является
одной из главных задач в обеспечении работоспособно-
сти аппарата.
Антенные системы входят в контур линии связи «ле-
тательный аппарат — Земля» как активный элемент,
параметры которого непосредственно сказываются на
качестве и надежности передаваемого сообщения. От ха-
рактеристики антенного устройства зависит не только
дальность действия линии связи «летательный аппа-
рат— Земля», но и такие весьма важные характери-
стики, как объем, скорость передачи и достоверность пе-
редаваемой информации. Для примера можно рассмо-
треть такую характеристику антенной системы, как ра-
бочая полоса частот.
Известно, что объем передаваемой в единицу време-
ни информации по каналу связи зависит от полосы про-
пускания этого канала. Чем шире ^полоса пропускания,
тем большее количество информации мсжет быть по
нему пропущено в единицу времени. Это особенно ва-
жно в случаях передачи информации о быстро протека-
ющих процессах, например при передаче телеметриче-
ской или телевизионной информации с борта исследова-
тельского летательного аппарата на наземный пункт.
12
Часто при построении антенной системы линии связи
требуется компромиссное решение вопроса. Так, напри-
мер, дальность радиосвязи в свободном пространстве
при прочих равных условиях прямо пропорциональна
корню квадратному из длины волны:
где k — коэффициент, определяемый параметрами ан-
тенн приемопередающей аппаратуры и свойствами
внешней среды.
В то же время для передачи большого количества
информации в единицу времени, например телевизион-
ного изображения, характеризуемого широким частот-
ным спектром сигнала, требуется радиотехническое
устройство с широкой полосой пропускания. Это воз-
можно осуществить в высокочастотной части радиодиа-
пазона, то есть в диапазоне УКВ. Увеличение длины
рабочей волны здесь нецелесообразно. Антенное устрой-
ство в этом случае также должно иметь достаточно ши-
рокую полосу пропускания.
Кроме чисто электрических требований при создании
антенных устройств летательных аппаратов возникает
необходимость учитывать ряд требований и ограниче-
ний, вызванных особенностями работы антенн в услови-
ях реального полета: нагрев, вибрация, аэродинамиче-
ские нагрузки, наличие плазменных образований и т. д.
Поэтому в каждом отдельном случае приходится уде-
лять особое .внимание тем параметрам и характеристи-
кам антенн, от которых в основном зависит выполнение
поставленных задач, пренебрегая в некоторой степени
другими, менее критичными параметрами. Так, напри-
мер, для бортовых систем самонаведения основным тре-
бованием к антенне является максимальная направлен-
ность в рабочем секторе пространственных углов и ми-
нимальный уровень бокового излучения. С другой сторо-
ны, для аппаратуры радиоразведки высокая направлен-
ность антенной системы менее существенна. Гораздо
более важной характеристикой является широкополос-
ность антенного устройства при требуемой высокой се-
лективности приемного устройства. Это позволяет произ-
водить регистрацию работы радиосредств противника
минимальным количеством антенн, что в свою очередь
дает возможность снизить массу носителя в целом [2].
13
Крупные современные летательные аппараты могут
Нести на себе десятки различного рода приемных и пе-
редающих антенн и фактически представляют собой ле-
тающие радиолаборатории. При этом одним из важней-
ших вопросов является обеспечение электромагнитной
совместимости, то есть максимальной развязки по вхо-
дам и выходам бортовых радиосредств летательного
аппарата при одновременной работе их на передачу и
на прием. И в этом также не последняя роль отводится
антенно-фидерным бортовым устройствам, которые на-
ряду с пространственной селективностью должны обла-
дать и частотной избирательностью.
Без преувеличения можно сказать, что антенные си-
стемы современных летательных аппаратов выполняют
значительную часть задач, стоящих перед бортовыми
радиосредствами в целом, являясь, образно говоря,
«глазами и ушами» летательных аппаратов.
Увеличение скоростей современных летательных ап-
паратов предъявляет повышенные требования к аэро-
динамическим качествам бортовых антенных систем.
Важное значение имеет такая характеристика антенн,
как силуэтность, о которой упоминалось выше. Пробле-
ма снижения силуэтности антенн представляет собой
предмет особого рассмотрения при проектировании ан-
тенн, поскольку она косвенно влияет и на снижение
массы летательного аппарата в целом. Объясняется это
тем, что при размещении антенн под обшивкой носите-
ля отпадает необходимость защиты антенн специаль-
ными радиопрозрачными колпаками или обтекателями,
масса которых довольно значительна. Кроме того, ан-
тенны, выступающие над обшивкой летательного аппа-
рата, подвергаются аэродинамическому и другим видам
нагрева, что приводит в конечном счете к нарушению
их нормальной работы. Защищая рабочую поверхность
антенны-^царостойкими обмазками и покрытиями, мы
тем самым[\величиваем и массу аппарата в целом.
Для оценки воздействия набегающего потока можно
привести такой наглядный пример: на штыревую
антенну длиной 30 см и диаметром 2 см даже около-
звуковой набегающий поток давит с силой в несколько
десятков килограммов.
Специфичность антенн летательных аппаратов со-
стоит еще и в том, что в формировании характеристик
14
излучения антенн участвует не только рабочая токо-
проводящая поверхность собственно антенны, но и
часть поверхности летательного аппарата. По проводя-
щей поверхности летательного аппарата текут высоко-
частотные токи, наводимые электромагнитными полями,
создаваемыми собственно антенной. Они создают в окру-
жающем пространстве вторичные электромагнитные
поля, которые взаимодействуют с первичными полями.
В результате этого взаимодействия получается сум-
марное интерференционное поле сложной излучающей
системы «антенна — корпус летательного аппарата».
Без учета влияния корпуса летательного аппарата
невозможно правильно оценить характеристики излуче-
ния антенной системы.
§ 1.2. Параметры и характеристики антенных устройств
летательных аппаратов
Работа антенного устройства, размещенного на
летательном аппарате, может оцениваться рядом пара-
метров и характеристик, которые позволяют судить
о типе антенного устройства, его назначении, потенциаль-
ных возможностях и т. д. Рассмотрим основные из них.
Диаграмма направленности. Любые антенны в той
или иной степени обладают свойствами пространствен-
ной избирательности. Это означает, что при излучении
электромагнитных волн антенна определенным образом
рассредоточивает их энергию в окружающем простран-
стве. В одних направлениях антенна излучает больше
энергии электромагнитных волн, в других — меньше.
То же самое можно отнести и к приемным антен-
нам, которые обладают свойствами пространственной
селективности по отношению к энергии электромагнит-
ных волн, приходящих из окружающего пространства
на антенну. Другими словами можно сказать, что
антенны обладают свойством направленного излучения
(приема), которое описывается графически с помощью
диаграммы направленности. Диаграмма направленно-
сти представляет собой геометрическую фигуру (пло-
скую или объемную), которая определяет распределе-
ние напряженности (мощности) излучаемого антенной
сигнала в окружающем пространстве.
15
Обычно диаграммы направленности строятся в виде
графиков зависимости напряженности (мощности)
излучения от соответствующей координаты в той или
иной системе координат для определенной плоскости.
Часто диаграммы строятся способом, принятым в топо-
графии для изображения рельефа, при этом создается
представление пространственности диаграммы. Оценка
диаграмм производится по их ширине на определенном
уровне напряженности или мощности излучения в
угловых единицах.
Ширина диаграммы направленности оценивается
обычно по уровням 0,5; 0,1 и 0 от максимального зна-
чения мощности излучения. За единицу, как правило,
принимается излучение по направлению, соответствую-
щему максимуму диаграммы направленности. В случае
когда диаграмма направленности строится по напря-
женности поля, отсчетными уровнями принимаются
соответственно 0,707; 0,315 и 0.
Коэффициент направленного действия (КНД) выра-
жает собой отношение доли мощности, излученной
(принятой) в данном направлении к полной мощности,
рассеянной (принятой) антенной по всем направле-
ниям в пространстве^ По-другому это понятие можно
сформулировать так: КНД антенны выражает отно-
шение доли мощности, излученной (принятой) данной
антенной в определенном направлении, к мощности
сигнала, излученной (принятой) изотропным излуча-
телем. КНД выражается в безразмерных единицах и
зависит от размеров, геометрии и способа возбуждения
антенны. Для рассматриваемых антенн летательных
аппаратов КНД, таким образом, прямо или косвенно
будет зависеть от геометрии, токопроводности и других
физических свойств корпуса аппарата, участвующего
в формировании поля излучения антенны.
Коэффициент полезного действия (КПД) характери-
зует собой отношение излученной антенной мощности
к мощности, подведенной к ее входу. Для антенно-фи-
дерных устройств летательных аппаратов принято
определять КПД для антенны вместе с фидерным
высокочастотным трактом, который включает в себя
коммутирующие, фильтрующие, развязывающие, ана-
лизирующие и другие возможные элементы и цепи.
Для реальных антенно-фидерных систем (АФС) КПД
16
может составлять от 90 до 40% [Ю]. Часто КПД оцени-
вают в децибелах (дБ).
Весьма важной характеристикой для оценки потен-
циальных возможностей АФС является коэффициент
усиления, который определяется как произведение двух
предыдущих характеристик:
КУ = КНД-КПД.
Таким образом, КУ характеризует собой одновре-
менно и пространственную избирательность, и качество
исполнения (в смысле потерь) антенно-фидерной
системы. Так же, как и КНД и КПД, эта последняя
характеристика (КУ) является безразмерной, выра-
жается КУ либо в относительных единицах, либо в
децибелах.
Поляризационная характеристика (ПХ) определяет
пространственную ориентацию вектора напряженности
электрического поля.
Плоскость, проходящую через вектор напряжен-
ности поля Е и вектор V, указывающий направление
распространения электромагнитной волны, принято
считать плоскостью поляризации электромагнитной
волны. Если плоскость поляризации не меняет своего
положения в пространстве, то такая волна называется
плоскополяризованной, а антенны с таким полем назы-
ваются антеннами с плоской или линейной поляриза-
цией.
Наряду с этим существуют поля с эллиптической
поляризацией. Они характеризуются тем, что конец
вектора Е описывает в пространстве за период коле-
баний высокой частоты электромагнитного поля эл-
липс, причем угловая скорость вращения этого век-
тора за период переменна. Антенны, создающие такие
поля, называются антеннами с эллиптической поляри-
зацией.
Поляризационная характеристика по аналогии с
характеристикой направленности представляет собой
некоторую поверхность, характеризующую зависимость
коэффициента эллиптичности (отношение длины малой
полуоси к длине большой) от угловых координат при
17
неизменном расстоянии от антенны до точки наблюде-
ния:
пх = /(т,
где ф, 0 — сферические координаты;
г — расстояние от антенны до точки наблюдения.
Поляризационная характеристика, как и характери-
стика направленности, обычно не обладает осью сим-
метрии. Особенно это справедливо для антенн, разме-
щенных на носителях. Это определяется нерегулярно-
стью и отсутствием симметрии электродинамической
модели поверхности летательного аппарата. Коэффи-
циент эллиптичности, как правило, максимален в на-
правлении максимального излучения антенны и плавно
спадает до нуля при переходе от основного ^лепестка к
боковому. Направление вращения вектора Е в преде-
лах одного лепестка сохраняется и при переходе к со-
седнему меняется на обратное.
Эллиптически поляризованная волна может быть
разложена на две волны с круговой поляризацией,
имеющие противоположное направление вращения век-
тора Е. Коэффициент эллиптичности полного поля,
выраженный в децибелах, равен
^ = 201g (|4» '•
где Еи и £л— амплитуды составляющих полей с пра-
вым и левым направлением вращения
соответственно.
В случае равенства амплитуд Еп и Ел поле будет
линейно поляризованным. В практических конструк-
циях антенн летательных аппаратов создать поля с
круговой поляризацией практически почти невозможно.
Происходит это по той причине, что всегда имеются
отражения от частей корпуса. При этом направление
вращения вектора Е отраженной волны обратно напра-
влению вращения вектора Е основной волны. Сум-
марное поле этих двух волн будет иметь эллиптиче-
скую поляризацию. Иными словами, в антенне, распо-
ложенной на носителе, всегда имеется неполное про-
странственное согласование первичной волны.
18
Космические линии связй в большинстве случаев
построены на использовании антенн эллиптической
поляризации, реже — на использовании антенн линей-
ной поляризации. При эллиптической поляризации КПД
линии связи повышается, так как удается скомпенсиро-
вать эволюции взаимной пространственной ориентации
космического аппарата относительно земных осей. Зна-
чение энергии сигнала, передаваемого по линии связи,
зависит от величины коэффициента эллиптичности и от
направления поляризации на передающем и приемном
концах линии связи. Эта зависимость определяется
формулой
Р ___ (^П1^П2 + ^Л1^л2)2
и,+
где индексы 1 и 2 означают передающий и приемный
пункты линии связи.
Сопротивление антенны, На рис. 1.1, а приведена
классическая эквивалентная электрическая схема
антенны. Генератор отдает в нагрузку максимум мощ-
ности при условии согласования их полных сопротив-
лений (импедансов):
ZT = RT + jX^ Rr~Rw
Zn Rh jX„ Xt = Xn,
где RT> Rh—активные сопротивления генератора и
нагрузки;
Хг, Хн — реактивные сопротивления генератора и
нагрузки;
Zr, ZH — импедансы генератора и нагрузки.
Для антенны входным импедансом является отно-
шение напряжения, приложенного к зажимам антенны,
к току на входе:
Дх=-7^=/?»х + /^вх.
1 вх
где Rbx характеризует ту часть мощности, которая по-
‘ глощается антенной как активной нагрузкой.
Эта мощность идет частично на излучение во внеш-
нее пространство (что характеризуется сопротивлением
излучения антенны частично на нагрев материала
19
антенны, на утечку и на потери в корпусе Носители
(все это характеризуется сопротивлением потерь
антенны Rn). Соотношение между и /?п показывает,
какая доля подводимой к антенне мощности идет на
в
Рис. 1.1. Сопротивление антенны:
а — эквивалентная электрическая схема антенны; б — за-
висимость сопротивления излучения от длины симметрич-
ного вибратора: в — схема согласования
излучение, а какая на потери, и характеризует КПД
собственно антенны:
10 «х + Лп ’
Величина КПД собственно антенны зависит от фи-
зических размеров, формы антенны, свойств материа-
лов, составляющих ее конструкцию, и от длины рабо-
чей волны. На рис. 1.1, б приводится зависимость со-
противления излучения /?s линейной вибраторной ан-
тенны от длины антенны, выраженной в длинах волн
(//X).
20
Интересно отметить, что значение 2Г для бортойогб
передатчика определяется режимом его работы. Так,
для передатчика в холодном состоянии Zrx будет отли-
чаться от Zrr горячего передатчика. Поэтому согласо-
вание АФС с бортовой радиопередающей системой
должно осуществляться на реальный работающий пе-
редатчик, предназначенный для последующей работы
с этим комплектом АФС. То же, хотя и в гораздо мень-
шей степени, относится и к бортовым приемным систе-
мам. Схема согласования бортовой АФС с передатчи-
ком показана на рис. 1.1, в.
Амплитудная и фазовая характеристики показывают
распределение амплитуды и фазы поля по токонесущей
поверхности излучателя, включая и токонесущую по-
верхность носителя. В зависимости от характера рас-
пределения амплитуд и фаз поля возбуждения системы
«антенна — носитель» будут меняться характер поля
излучения и его основные характеристики: диаграмма
направленности, поляризационная характеристика и др.
Действующая высота характеризует работу линей-
ных вибраторных антенн. Для передающих антенн она
выражается длиной воображаемой антенны, создаю-
щей в пространстве напряженность поля, одинаковую
с реальной антенной. При этом амплитуда тока по всей
длине воображаемой антенны равна максимальному
значению тока в пучности реальной антенны /тах- Для
приемных антенн действующая высота связывает на-
пряженность электрического поля Е с ЭДС, наводимой
в антенне £д:
Для оценки поверхностных антенн применяется по-
нятие действующей площади 5д, которая равна отно-
шению мощности, поглащаемой из свободного прост-
ранства, к плотности потока энергии g в месте приема:
Часто понятие действующей высоты применяется
для антенн летательных аппаратов, не относящихся к
классу линейных вибраторов, например для поверхно-
стных фонарных антенн радиокомпасов, устанавливае-
мых на прозрачных частях фонарей пилотских кабин.
21
Прй этом оценка действующей высоты производится
сравнением с эталонной линейной вибраторной антен-
ной.
Частотная характеристика позволяет оценить ра-
боту антенны как колебательной системы с частотной
селективностью, которая определенным образом реаги-
рует на электромагнитные колебания различных ча-
стот. В настоящее время широко распространены так
называемые частотно-независимые антенные системы,
которые позволяют при наличии соответствующих
фильтрующих цепей осуществить работу на несколько
бортовых электронных устройств, работающих в раз-
личных частотных диапазонах. Это весьма важно для
осуществления проблемы снижения габаритов и масс,
стоящей весьма остро при создании антенных систем
летательных аппаратов, в особенности космических.
§ 1.3. Классификация антенных устройств
летательных аппаратов
Назначение современных антенных устройств лета-
тельных аппаратов определяется теми задачами, кото-
рые решаются каждым конкретным летательным аппа-
ратом и его бортовым радиотехническим оборудова- -
нием. Все летательные аппараты можно условно раз-
бить на три группы: аппараты дозвуковых скоростей,
сверхзвуковые аппараты и космические летательные
аппараты.
Внутри каждой из этих групп можно также провести
условную классификацию, например в третьей группе
можно ввести такие подгруппы, как искусственные
спутники Земли, межпланетные автоматические косми-
ческие станции, инопланетные самодвижущмеся уста-
новки и т. д. Это целесообразно как с точки зрения
определения специфики задач, так и с точки зрения
особенностей бортового радиооборудования, в частно-
сти бортовых АФС.
Сами АФС можно классифицировать по типу носи-
теля (самолетные, ракетные, космические), по харак-
теристикам излучения (слабонаправленные, острона-
правленные), по конструктивным признакам (раскры-
вающиеся, жесткие), по диапазонности (одночастот-
ные, многочастотные, частотно-независимые) и т. д.
22
Бортовые радиоустройства, применяемые в настоя-
щее время на летательных аппаратах, работают в
диапазонах рабочих частот от сотен килогерц до десят-
ков тысяч гигагерц. При этом размеры самих лета-
тельных аппаратов могут составлять от тысячных долей
до нескольких тысяч длин волн, на которых работают
бортовые антенны.
Поскольку в формировании диаграммы направлен-
ности участвует корпус летательного аппарата, то, оче-
видно, с изменением длины волны будут изменяться
эффективные размеры излучающей системы «летатель-
ный аппарат — антенна» и ее излучательные свойства.
При любой классификации отправным моментом в
рассмотрении любой антенной системы являются соот-
ношения между размерами излучающей части антенны
и длиной волны. В излучающую часть антенны органи-
чески входит и часть корпуса летательного аппарата,
наведенные токи которого вносят ощутимый вклад в
общее поле излучения системы «летательный аппарат —
антенна». При этом играют роль общие габариты лета-
тельного аппарата, выраженные в длинах волн. Так,
для диапазонов средних и коротких волн размер лета-
тельного аппарата может составлять десятые и сотые
доли длины волны. В этом случае текущие по антенне
токи практически совпадают по фазе с токами, теку-
щими по корпусу летательного аппарата. Можно счи-
тать, что источник суммарного радиоизлучения имеет
один центр излучения, то есть источники первичного и
вторичного излучений пространственно совмещены.
Интерференционных явлений при этом наблюдаться не
будет. При уменьшении соотношения между длиной
волны и размерами корпуса летательного аппарата
токи, текущие по антенне и корпусу, по фазе не совпа-
дают. В этом случае антенна и корпус с токами рассма-
триваются как два разнесенных в пространстве источ-
ника. Вследствие интерференции этих полей в прост-
ранстве получается суммарное поле излучения. На
рис. 1.2 показан характер изменения формы диа-
граммы направленности самолетной антенны, разме-
щенной на законцовке киля, при изменении длины ра-
бочей волны.
При переходе в более коротковолновую часть диа-
грамма направленности становится все более изрезан-
23
ной, с частыми и глубокими провалами, что является
характерным признаком интерференционных явлений.
Л4аксимальной изрезанности диаграмма достигает то-
гда, когда близко расположенные к антенне элементы
в
Рис. 1.2. Влияние корпуса самолета на диаграм-
му направленности килевой антенны:
а — средние волны: б — короткие волны; в — ультрако-
роткие волны
корпуса становятся сравнимыми по размерам с длиной
волны и, следовательно, эффективно возбуждаются.
При дальнейшем уменьшении длины волны начи-
нает сказываться экранирующее действие крупных
элементов корпуса летательного аппарата. Влияние же
элементов, расположенных далеко от антенны (далеко
в смысле расстояния, выраженного в длинах волн),
уменьшается, поскольку интенсивность токов, наводи-
мых на этих частотах, резко падает. Эти участки кор-
пуса можно рассматривать как источники вторичного
излучения, создающие поля малой интенсивности.
Вклад их в суммарное поле невелик, и им практически
можно пренебречь. Поэтому в диапазоне СВЧ диа-
граммы направленности зависят не от конфигурации и
размеров корпуса летательного аппарата в целом,
а лишь от его локальных особенностей.
Приведенный выше пример хорошо иллюстрирует
тот факт, что система классификации антенн летатель-
ных аппаратов, когда за основу берется соотношение
между размерами аппарата и длиной волны, наиболее
полно отражает специфику работы летательного аппа-
24
рата и обеспечивает создание наиболее реальной эле-
ктродинамической модели летательного аппарата. Если
разбить по этому принципу все антенные устройства
различных летательных аппаратов, то окажется, что
антенны, попавшие в одну и ту же группу, подходят
друг к другу и по частотным признакам. Поэтому при-
нято классифицировать антенны летательных аппаратов
по частотному признаку и по соотношению размеров
аппарата и длины волны. Тем не менее специфические
особенности конструкций некоторых типов летательных
аппаратов (самолеты, вертолеты), особенности условий
их работы (ракеты, космические аппараты) позволяют
выделить антенные устройства, относящиеся к этим но-
сителям, в отдельные группы й рассматривать их особо.
§ 1.4. Методы и устройства контроля и испытаний
антенных систем летательных аппаратов в условиях
их эксплуатации
Оценка антенных систем в настоящее время прово-
дится либо математическим анализом, либо непосред-
ственным измерением характеристик антенн на натур-
ных образцах или на моделях. В случае размещения
антенн на подвижных носителях, и в частности на
летательных аппаратах, методы математического ана-
лиза не позволяют произвести полную оценку харак-
теристик излучения антенных устройств. Связано это
с тем, что токонесущая внешняя поверхность любого
современного летательного аппарата, а в особенности
космического аппарата, обладает весьма сложной фор-
мой, не поддающейся математическому описанию.
Поэтому для антенн летательных аппаратов основ-
ным методом оценки являются измерения, проводимые
на специальных антенных полигонах, которые осна-
щены стендами, обеспечивающими возможность изме-
рения пространственных характеристик излучения с
частичной или полной имитацией условий реальной,
сопутствующей полету летательного аппарата внешней
среды. Измерения проводятся, как правило, либо на
натурных макетах, либо на реальных летательных
аппаратах, либо на их масштабных моделях. Послед-
ние используются в тех случаях, когда работа в реаль-
ном масштабе невозможна из-за больших габаритов
25
Летательного аппарата, либо из-за невозможности изба*
виться от влияния земли и местных предметов, напри-
мер, на коротких волнах и в длинноволновой части
УКВ диапазона, либо в тех случаях, когда требуется
Провести прикидочную, грубую оценку характеристик
излучения антенн для выбора их типа или места распо-
ложения на корпусе летательного аппарата [19].
Для обеспечения максимального приближения ха-
рактеристик излучения, измеренных на модели, к на-
турным необходимо, чтобы поверхность модели явля-
лась электродинамическим подобием поверхности ре-
ального летательного аппарата. Принцип электроди-
намического подобия выведен из свойства основных
уравнений электродинамики — уравнений Максвелла.
Этот принцип заключается в том, что при изменении
некоторых параметров среды и электромагнитного поля
в определенном соотношении характеристики излу-
чения антенны, такие, как диаграмма направленности,
сопротивление излучения, поляризационная характе-
ристика, остаются без изменения. Отсюда вытекает
возможность исследовать характеристики излучающей
системы «летательный аппарат — антенна» на модели,
которая в каком-то масштабе является электродинами-
ческим подобием реальной системы. При этом лишь
необходимо, чтобы модель удовлетворяла определен-
ным условиям. Ниже в таблице приведены такие усло-
вия для случая, когда реальный летательный аппарат
находится в воздушной среде.
Параметры	Натурная система	Масштабная модель
Геометрические размеры	1	1/т
Длина волны (частота)	(/)	\/т, (fm)
Диэлектрическая проницаемость	е	Е
Проводимость	а	ат
Как виднс из таблицы, изоляционные материалы
конструкции модели могут быть взяты такими же, как
и для реального летательного аппарата. Металлические
26
же части выбираются в соответствии с требованием,
удовлетворяющим соотношению
°мод ~
где величина т определяет масштаб моделирования.
Рис. 1.3. Установка для исследования харак-
теристик антенн на моделях
Обычно в качестве материала модели берется медь.
Моделирование чаще всего выполняется для диапазо-
нов СВ и КВ, поскольку для этих случаев имеется воз-
можность изготовления точной модели. Масштаб моде-
лирования выбирается исходя из условия работы и
наличия требуемой электронной измерительной аппа-
ратуры. Диаграммы направленности практически оста-
ются неизменными независимо от масштаба модели
летательного аппарата. Измерение диаграмм направ-
ленности на моделях производится с помощью специаль-
ных лабораторных установок. Пример такой установки
приведен на рис. 1.3.
Модель летательного аппарата укрепляется на диэ-
лектрической штанге, которая вращается в горизонталь-
ной плоскости. Сама модель может устанавливаться в
любой плоскости, благодаря чему имеется возможность
27
измерения характеристик излучения антенн, размещен-
ных на модели, в любой пространственной плоскости.
Облучение модели производится с помощью вспомога-
тельной передающей антенны, укрепленной на другой
вертикальной штанге. Расстояние между раскрывом
вспомогательной антенны и моделью должно соответ-
ствовать выражению
X	Za)2 t	(11)
где R — расстояние от вспомогательной антенны до ис-
следуемой на модели антенны;
/м — максимальный размер модели;
/а — максимальный размер раскрыва вспомогатель-
ной антенны;
X —длина волны.
При выполнении этого условия фазовый фронт
волны, набегающей на модель, является практически
плоским, что вполне имитирует условия реальной ра-
боты. Вторым непременным условием является выпол-
нение соответствия зависимости
2
(1.2)
где Н—высота модели и вспомогательной антенны над
установочной плоскостью;
0min — ширина диаграммы вспомогательной антенны
по минимально допустимому уровню, обеспечи-
вающему отсутствие приема на модели при ори-
ентации вспомогательной антенны на модель
под этим углом.
При соблюдении условий выражений (1.1) и (1.2)
исключается влияние отраженных от установочной пло-
скости сигналов. Несмотря на всю привлекательность
метода моделирования, возможности его ограничены как
из-за трудности изготовления масштабных моделей лета-
тельных аппаратов сложной конфигурации, так и из-за
сложности имитации свойств поверхности летательных
аппаратов. Эта сложность усугубляется необходимостью
создания соответствующей измерительной аппаратуры,
28
Работающей в диапазоне, задаваемом условием модели-
ювания рабочей частоты:
/м = »,
где /м — частота моделирования;
/р—реальная частота.
Макет может представлять собой либо антенну в на-
туральную величину, смонтированную на части кон-
струкции летательного аппарата, взятой отдельно от
основного корпуса, либо антенну на полномасштабном
имитаторе летательного аппарата в целом. При этом
в любом случае макет имитирует лишь внешнюю кон-
фигурацию части или полного аппарата. Внутренняя
компоновка макета может быть произвольной. Обычно
па макетах реальных аппаратов проверяют распределе-
ние токов по поверхности, отрабатывают импедансные
характеристики антенн, исследуют антенны на короно-
устойчивость, определяют степень электромагнитной со-
вместимости электронной аппаратуры, устанавливаемой
заново на борт летательного аппарата, и т. д. [6, 8].
Иногда на макетах измеряют диаграммы направ-
ленности и поляризационные характеристики антенн.
Для проведения таких измерений используются специ-
альные стендовые установки, позволяющие осуществить
развязку макета от земли и имитацию условий, макси-
мально приближенных к полетным. К настоящему вре-
мени известно большое число возможных конструктив-
ных схем таких установок и стендов.
Однако независимо от конструкций и характера при-
менения к ним предъявляются основные требования,
от которых зависят точность и достоверность резуль-
татов измерений и испытаний, проводимых на них в
процессе разработки и эксплуатации антенн летатель-
ных аппаратов. Эти требования в конце, концов сво-
дятся к выполнению условий выражений (1.1) и (1.2),
приведенных выше.
Если ошибка в измерении напряженности поля до-
пускается более 1%, то без особых погрешностей
выражение (1.1) может быть записано в следующем
виде:
29
Рис. 1.4. Зависимость по-
грешности измерения напря-
женности поля от рассто-
яния между измеряемой и
вспомогательной антеннами
где /?min — минимально допустимое расстояние между
исследуемой и вспомогательной антеннами!
I—максимальный размер антенн или носителя.
С увеличением расстояния между антеннами точ-
ность измерений будет расти. Это наглядно видно из
графика на рис. 1.4, где по оси ординат отложена точ-!
ность измерений напряженно-
сти электрического поля в
процентах, а по оси абсцисс —
расстояние между антеннами,
отнесенное к величине /2/2Х.
На рис. 1.5 приведены схе-
мы построения стендов, при-
меняемых для исследования
характеристик излучения ан-
тенных систем летательных
аппаратов. В варианте, приве-
денном на рис. 1.5, а, иссле-
дуемый аппарат установлен
на горизонтальный поворот-
ный стол с помощью радио-
прозрачной штанги. Меняя
положение макета в пространстве и вращая его в ази-
мутальной плоскости, можно таким образом определить
характеристики направленности антенн в различных
пространственных сечениях относительно центра масс
аппарата или относительно фазового центра антенны.
Вариант стенда, приведенный на рис. 1.5,6, отли-
чается тем, что макет аппарата крепится не на жесткой
основе, а подвешивается на системе мягких тросов. Вы-
бором схемы тросовой подвески и вращением по ази-
муту можно так же, как и в предыдущем случае, осу-
ществить измерение и контроль пространственных ха-
рактеристик излучения антенн аппарата.
Для более точного определения этих характеристик
необходимо избавиться от влияния земли и других от-
ражающих и затеняющих факторов. Для этого пло-
щадка, на которой размещен измерительный стенд, пред-
варительно эталонируется. Стенды согласно рис. 1.5, а
и б применяют для измерения характеристик антенн
аппаратов, предназначенных для работы в условиях
свободного пространства.
30
Рис. 1.5. Стенды для измерения характеристик на-
правленности антенн на макетах летательных аппа-
ратов:
а — для случая размещения макета на горизонтальной по-
воротной платформе; б — для случая размещения макета
на мягкой подвеске; в — для случая размещения макета
на грунте
31
Для проведения измерений и контроля характери-
стик антенных устройств посадочных космических ап-
паратов, а также для измерения характеристик других
летательных аппаратов в условиях их работы на Земле
применяются стенды, выполненные по схеме, приведен-
ной на рис. 1.5, в. Исследуемый аппарат устанавли-
вается на площадку, имитирующую свойства грунта в
предполагаемом месте посадки на Земле или другой
планете. На расстоянии	от антенн аппарата по
дуге окружности перемещается вспомогательная ан-
тенна. Уровень сигнала регистрируется на ленте само-
писца, синхронно перемещающейся с движением вспо-
могательной антенны.
Часто в процессе эксплуатации антенных устройств
приходится производить измерения распределения поля
по токонесущей поверхности аппарата, примыкающей
к антенне, и непосредственно по самой антенне. В этих
случаях пользуются специальными пробниками (токо-
съемниками), реагирующими на электрическую или
магнитную составляющую электромагнитного поля, на-
веденного в непосредственной близости от исследуемой
поверхности. Особенностями этих пробников являются
их малые габариты и потребная максимальная развязка
между измеряемым объектом и регистрирующей ап-
паратурой. Сами токосъемники представляют собой
малогабаритные рамки или диполи, снабженные детек-
тирующей схемой и специальными отводами, соединя-
ющими чувствительную часть конструкции с регистри-
рующей аппаратурой. Для увеличения развязки между
ними отводы иногда делаются из графитовых стержней,
на которых величина наведенных высокочастотных то-
ков в силу большого затухания пренебрежимо мала, а
вместе с ней мало и вторичное поле, возбуждаемое
этими токами. Точность измерения при этом достаточно
высока.
Одной из специфических особенностей работы ан-
тенн летательных аппаратов является наличие сильно
разреженной газовой среды. Наблюдения, проведенные
при полетах на высотах порядка нескольких десятков
километров, показывают, что пробой антенны может
происходить даже при небольшой подводимой к антенне
мощности, измеряемой единицами ватт. Мощность
32
пробоя определяется частотой сигнала й Давлением ок-
ружающей среды. На рис. 1.6 приведена кривая зависи-
мости мощности пробоя от давления в воздушной среде
для частоты 425 МГц. Область наименьших пробивных
Рис. 1.6. Зависимость мощности пробоя от давления
мощностей определяется областью критических давле-
ний, соответствующих данной частоте. При уменьшении
или увеличении частоты эта область сдвигается по оси
абсцисс соответствующим образом вправо или влево.
Измерение антенн летательных аппаратов на выяв-
ление возможности пробоя производится в специально
оборудованных вакуумных камерах с системой откачки
и подачи требуемой смеси газов, имитирующих ту или
иную среду, с устройствами имитации солнечной ради-
ации и др. [6]. Схематично такая камера показана на
рис. 1.7.
Несмотря на большие возможности, заложенные в
перечисленных выше наземных стендовых установках,
часто бывает необходимо провести испытания антенных
систем летательных аппаратов в натурных условиях, то
есть непосредственно в полете. Это связано как с необ-
ходимостью проведения время от времени калибровки
наземных измерительных пунктов, так и с необходимо-
стью проведения оценки характеристик излучения ан-
тенн непосредственно в условиях полета для выявления
3 Зак. 137	33
неизвестных и неподдающихся анализу в обычных на*
земных условиях явлений. Безусловно, существенным не-
Рис. 1.7. Радиопрозрачная ваку-
умная камера:
1 — радиопрозрачный колпак: 2 — ис-
пытуемое изделие; 3 — имитатор сол-
нечной радиации; 4 — система откачки
и подачи смеси газов; 5 — пульт уп-
равления
Рис. 1.8. Испытание антенны
вертолета Ми-4
с помощью
достатком этих испытаний является их высокая стои-
мость. Так, один час измерений, проводимых с помощью
вертолета типа Ми-4, обходится более чем в 200 рублей
34
[13], а испытания, проводимые с помощью самолетов,
обходятся еще дороже. Следует также учитывать, что
для достижения необходимой точности измерений, как
правило, требуется многократное повторение циклов
измерений. На рис. 1.8 показан вертолет Ми-4, оборудо-
ванный антенной (в нижней части фюзеляжа) для про-
ведения натурных измерений характеристик непосред-
ственно в полете.
Из сказанного выше можно заключить, что основным
видом измерений и контрольных испытаний антенных
устройств летательных аппаратов являются стендовые
испытания, проводимые в наземных условиях на маке-
тах, имитирующих реальные аппараты, с соблюдением
внешних условий, приближающихся к реальным услови-
ям полета.
Глава 2
АНТЕННЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
ДИАПАЗОНОВ СРЕДНИХ И КОРОТКИХ
РАДИОВОЛН
§ 2.1. Особенности возбуждения корпуса летательного
аппарата на средних и коротких волнах
Применение диапазонов средних СВ (100 кГц —
3,0 МГц) и коротких КВ (3—30 МГц) радиоволн в тех-
нике связи летательных аппаратов связано с особенно-
стями распространения этих волн. Малое затухание
средних волн в атмосфере и почве позволяет им за счет
поверхностной и пространственной волн распростра-
няться на большие расстояния вокруг Земли, исчисляе-
мые тысячами километров. Такие свойства и позволили
в свое время использовать этот диапазон в авиации для
осуществления радиосвязи и радионавигации на дальние
расстояния. В настоящее время частоты ниже 2,0—
3,0 МГц используются в авиации для радионавигации,
например в таких системах, как курсовой радиомаяк,
гиперболические радионавигационные системы типа
«Лоран», «Декка» и др.
Практически используемые на летательных аппара-
тах антенные системы диапазонов СВ и КВ имеют раз-
меры много меньше длины волны и относятся к антеннам
с малыми электрическими размерами. Для таких ан-
тенн характерны малая действующая высота и большое
входное реактивное сопротивление. По этой причине на
них возникает значительное электрическое напряжение,
что может привести к электрическому пробою или ко-
ронному разряду. Поэтому для бортовых систем диапа-
зонов СВ и КВ практически реализуемой, как правило,
является приемная радиоаппаратура. Передающая
часть систем размещается на Земле, что харак-
36
терно, например, для курсовых и навигационных си-
стем.
Поскольку летательный аппарат в полете может за-
нимать различные положения относительно Земли, то
для устойчивой связи с наземной радиостанцией требу-
ется, чтобы бортовая антен-
ная система имела всена-
правленную диаграмму из-
лучения и приема. Однако
связь на большие расстоя-
ния, как правило, осущест-
вляется только вдоль линии
полета. В зависимости от
длины трассы радиосвязи
сектор пространственных
углов, в котором сосредото-
чена основная доля энергии,
приходящей от наземной
станции, будет составлять
от ±5 до ±50°. Поэтому для
осуществления надежной
радиосвязи антенны должны
иметь диаграммы направленности, ориентированные по
линии полета и ограниченные сектором пространствен-
ных углов от ±30 до ±50°.
Для оценки КВ антенн летательных аппаратов су-
ществует понятие коэффициента использования диаг-
раммы направленности антенны, что означает отноше-
ние мощности, излученной антенной в пределах полез-
ного пространственного угла ±а (рис. 2.1), к полной
мощности, излученной антенной в пространство. Кроме
того, для КВ антенн существует понятие коэффициента
эффективности:
1 ^СиИа^су’
где Ки — коэффициент использования диаграммы на-
правленности;
т]а — коэффициент полезного действия антенны;
* у]Су — коэффициент полезного действия согласую-
щего устройства.
Коэффициент эффективности показывает, какая
часть мощности, поступающей на вход согласующего
37
устройства, излучается в пределах заданного сектора)
пространственных углов. Для осуществления связи на
КВ в самолетной радиосвязи используется преимуществ
венно вертикальная поляризация, что объясняется силь-
ной изрезанностью диаграмм направленности антенн с
горизонтальной поляризацией. Так же, как в диапазоне
СВ, характеристики излучения КВ антенн определяются
не столько собственно антенной, сколько вторичными по-
лями, образуемыми за счет токов, текущих по поверхно-
сти летательного аппарата. Поэтому рассмотрение харак-
теристик излучения целесообразно начинать с исследо-
вания картины возбуждения поверхностных высокоча-
стотных токов по токонесущей поверхности летательного
аппарата.
Между антенной, установленной на корпусе летатель-
ного аппарата, и самим корпусом всегда существует бо-
лее или менее выраженная связь, которая является при-
чиной появления поверхностных токов. Они имеют оп-
ределенное распределение фаз и амплитуд по поверх-
ности аппарата, которое обусловливается размерами,
формой корпуса и способом его возбуждения. Распре-
деление токов по корпусу носителя может быть сим-
метричным и асимметричным относительно оси сим-,
метрии носителя.
Определенные линии токов могут иметь резонансные
длины, кратные половине длины волны. Они становятся
причиной резонансных явлений, вызывающих интенсив-
ное излучение тех или иных частей корпуса летатель-
ного аппарата. Поскольку современные аппараты имеют
сложные конфигурации, то очевидно, что одновременно
могут существовать несколько резонансных линий то-
ков, кратных разному числу полуволн на одной или не-
скольких частотах.
При резонансе активная часть входного сопротивле-
ния растет. Задача собственно антенны заключается в
данном случае в том, чтобы максимальным образом
возбудить ту или иную часть поверхности летательного
аппарата, то есть заставить ее резонировать на рабочей
частоте. Существуют следующие способы связи выхода
бортового передатчика или входа приемника с корпу-
сом летательного аппарата:
—	емкостная связь (возбуждение поверхностных
токов с помощью изолированных частей корпуса);
38
—	ййдуктйвная связь;
—	кондуктивная связь (возбуждение тбков по кор-
пусу с помощью шлейфовых возбудителей);
—	дифракционная связь (возбуждение токов по кор-
пусу с помощью пазов, вырезов, щелей).
Возбуждение токов в телах, размеры которых много
меньше длины волны (электрически малые тела), мож-
но рассматривать с позиций электростатики. Для само-
летных антенн, работающих на частотах ниже 3,0 МГц,
это означает, что измерения можно проводить в элек-
тростатических полях на моделях. Диаграммы направ-
ленности в этом диапазоне частот представляют собой
тороиды. Форма диаграммы не зависит от конкретного
значения частоты (в пределах рассматриваемого диа-
пазона). В зависимости от места установки антенны на
самолете может меняться лишь угол наклона тороида
по отношению к продольной осевой линии самолета. Это
наглядно видно из рис. 2.2, а, на котором приведен гра-
фик зависимости угла наклона оси тороидальной диа-
граммы направленности 0 от места установки антенны
вдоль фюзеляжа длиной Z.
Прй установке в районе середины фюзеляжа ось
тороида направлена перпендикулярно осевой линии, при
смещении антенны в сторону носа или хвоста ось торо-
ида соответственно наклоняется в ту же сторону. Мак-
симальное отклонение оси тороида от вертикали в край-
них положениях антенны составляет около 80°. Поэтому
при измерениях на модели определяют лишь направле-
ние нулевого приема, соответствующее выбранному ва-
рианту размещения антенны. Зная это направление (ось
тороида), саму диаграмму воспроизвести не составляет
труда.
Местом установки антенны определяется не только
ориентация оси диаграммы, но и эффективность возбу-
ждения корпуса в целом. Из рис. 2.2, б видно, что плот-
ность электрических силовых линий зависит от кривиз-
ны участка корпуса. Таким образом, участки с большей
кривизной возбуждаются более эффективно. Фактор
кривизны сказывается еще и в том, что для вертикаль-
но* поляризованных полей эффективность будет выше
при установке антенны таким образом, чтобы токи на
поверхности являлись продолжением тока самой ан*
тенны.
39
Рис. 2.2. Возбуждение корпуса самолета электростатическим
полем:
а — диаграмма направленности; б — эффективность возбуждения кор-
пуса
§ 2.2. Типы антенн диапазонов СВ и КВ. Выступающие
антенны
В диапазонах СВ и КВ находят применение как
выступающие над корпусом летательного аппарата,
так и невыступающие, или скрытые, антенные устрой-
ства. Основная особенность как тех, так и других со-
стоит в их малой электрической длине, а следовательно,
и в низкой эффективности. Исходя из этого в рассматри-
40
ваемых диапазонах в фидерных трактах антенных си-
стем используются согласующие устройства, представ-
ляющие собой индуктивно-емкостные цепи на сосредото-
ченных постоянных.
Выступающие антенны рассматриваемых диапазо-
нов волн представлены различного рода проволочными
конструкциями. Длина таких антенн может составлять
Рис. 2.3. Проволочные и штыревые самолетные антенны:
а — Г-образная проволочная; б — Т-образная проволочная; в — шты-
ревая
от 5 до нескольких десятков метров. Проволочные ан-
тенны имеют слабую связь с корпусом летательного ап-
парата, поэтому эффективность их определяется в ос-
новном длиной антенны и местом ее установки. КПД
таких антенн с ростом частоты повышается. Это проис-
ходит из-за увеличения активной составляющей вход-
ного сопротивления, которое в низкочастотной части диа-
пазона вообще сравнимо с сопротивлением потерь и
составляет доли ома. Среднее значение коэффициента
эффективности проволочных антенн составляет 35%,
что несколько ниже, чем у других типов антенн этого
диапазона. Примерами проволочных антенн могут слу-
жить Г- и Т-образная антенны, показанные на рис.
2.3, а, б.
Из других типов выступающих проволочных антенн
следует отметить так называемые выпускные антенны.
Они одними из первых нашли применение в авиа-
ции. Выпускная антенна представляет собой омеднен-
ный стальной тросик, который выпускается в полете че-
41
рез Специальный лючок. При посадке тросик убирается
с помоьпью специальной лебедки. Благодаря грузу на
конце тросика под действием напора воздуха он приоб-|
ретает /в полете форму, близкую к параболической
(рис. 2.4,в). Примером применения выпускных антенн
Рис. 2.4. Выпускные антенны:
а —подачи аварийных сигналов; б — строповая пара-
шютная: в — выпускная самолетная; 1 — воздушный
шар; 2, 3, 5 — тросики антенн; 4 — груз; 6 — спускаемый
контейнер
может служить антенна американской самолетной стан-
ции AN/CRT-3, предназначенной для автоматической по-
дачи сигнала бедствия при вынужденной посадке. За
счет большой длины тросика обеспечивается большая
дальность действия радиостанции. В отличие от обычных
выпускных тросиковых антенн эта антенна выпускается
из люка на воздушном шаре (рис. 2.4,а).
Выпускные тросиковые антенны применяются также
для установления связи со сбрасываемыми на парашю-
тах различного рода капсулами (рис. 2.4, б). Выступа-
ющая форма тросиковых, да и остальных проволочных
антенн ограничивает применение на скоростных ле-*
42
тательных аппаратах. Однако, несмотря на очевидные
недостатки, проволочные антенны обладают и неоспо-
римым конструктивным преимуществом: простота кон-
струкции, малый вес и отсутствие необходимости ослаб-
ления прочности корпуса при установке этих антенн на
аппарате.
Кроме проволочных антенн широкое распростране-
ние получили штыревые антенны. Они так же, как и
проволочные, относятся к антеннам с емкостным воз-
буждением. Штырь, изолированный от основного кор-
пуса, может устанавливаться на законцовке киля свер-
ху (рис. 2.3, в) либо на передней его кромке, либо на
стабилизаторах или крыльях. Длина такого штыря в от-
дельных случаях может доходить до 2 м. К корпусу
штырь крепится с помощью прочного изолятора, обла-
дающего хорошими радиотехническими свойствами. На-
пряжение питания подается с помощью коаксиального
фидера между штырем и корпусом носителя. При этом
образуется излучающая пара «штырь — корпус носи-
теля», которую можно рассматривать как несимметрич-
ный вибратор. Подобные штыревые антенны приме-
няются в самолетных КВ связных радиостанциях.
§ 2.3. Невыступающие антенны диапазонов СВ и КВ
Для уменьшения величины аэродинамического со-
противления антенны стараются утопить под обшивку
летательного аппарата. В рассматриваемых диапазонах
это не совсем удобно, так как при этом не удается до-
стичь высокой эффективности антенны. Для ее повыше-
ния, как уже указывалось в предыдущем параграфе, ан-
тенну необходимо располагать в местах с наибольшей
концентрацией электрических зарядов (токов). Для вер-
тикально поляризованного поля таким местом на само-
лете является верхушка киля. Ее обычно и используют
в качестве возбуждающего элемента. Для этого закон-
цовка киля изолируется диэлектрической прокладкой,
и затем к ней с помощью фидера подводится питание.
Такая конструкция не вносит дополнительных аэроди-
намических потерь и может быть использована на ско-
ростных аппаратах. Эффективность этих антенн доста-
точно высока. Измерения на моделях показывают, что
43
плотность зарядов, концентрирующихся на законцовках
киля, в 10 раз превышает плотность зарядов, концент-
рирующихся на неискривленных частях фюзеляжа. Не-
достатком данных антенн (иногда их называют колпач-
Рис. 2.5' Антенны с изолированной частью киля:
а — эквивалентная схема киля: б — способ прямолинейного
ограничения киля; в — способ фигурного ограничения ки-
ля; г — способ запитки верхней законцовки киля; д — верх-
няя законцовка с Н-образной диэлектрической вставкой
новыми) является то, что их установка на самолете или
ракете требует нарушения целости силовых элементов
конструкции.
Для сохранения прочностных качеств антенн вво-
дятся дополнительные усиливающие элементы, что вле-
чет за собой увеличение массы и в конечном счете сни-
жает эксплуатационные качества летательного аппарата
в целом. Тем не менее такие антенны применяются как
в диапазонах СВ и КВ, так и на УКВ.
На рис. 2.5 схематически показаны возможные вари-
анты подобных антенн с изолированной частью киля.
Эти антенны можно рассматривать как обычный вибра-
44
тор с Несимметричным возбуждением. На рис. 2.5, а
плечо вибратора с длиной Ц соответствует изолирован-
ной части киля, а второе плечо с участками /2 и /3 — ос-
нованию киля и фюзеляжу. Входное сопротивление виб-
ратора определяется выражением
Дх = 4"	%2}'
где Zi — входное сопротивление симметрично питаемого
вибратора с длиной плеча /г,
Z2— входное сопротивление симметрично питаемого
вибратора с длиной плеча +
Размеры изолированной части делаются небольшими
во избежание сильного ослабления прочности конструк-
ции. Такой способ возбуждения поверхностных токов на
корпусе летательного аппарата позволяет довести сред-
нее значение коэффициента эффективности антенны до
43%.
Антенны, образованные изоляцией части корпуса,
относятся к антеннам с емкостным возбуждением. Воз-
будителем корпуса является изолированная часть кор-
пуса, например киля. Длина этой части обычно состав-
ляет несколько десятков сантиметров. Запитка произво-
дится с помощью коаксиального кабеля, центральная
жила которого подсоединяется к законцовке киля, а
оплетка — к его основанию. Диэлектрическая вставка
предназначена для сохранения механических качеств
киля, а также для изоляции возбудителя при нагреве и
обледенении. Для предотвращения возможности поверх-
ностного разряда вдоль кромок киля при полетах на
больших высотах диэлектрическая вставка выполняется
в виде буквы «Н» (рис. 2.5, д).
Варианты возбуждения поверхностных токов приве-
дены на рис. 2.6. Линии тока / при запитке с вершины
киля (рис. 2.6, а) определяют максимально возможную
резонансную длину волны, а линии 2 — минимальную.
Наибольшая плотность токов при возбуждении корпуса
с вершины киля приходится на поверхность киля, и им
излучается основная доля мощности. Антенна работает
аналогично вертикальному штырю и имеет в горизон-
тальной плоскости ненаправленную диаграмму.
45
Одним из типов невыступающих самолетных антенн
являются так называемые фонарные антенны. Они пред-
ставляют собой систему полосок из металлической фо-
Рис. 2.6. Поверхностные токи:
а — возбуждение с вершины киля; б —
возбуждение с обшивки фюзеляжа: в —
возбуждение с законцовки крыла
льги, проволочек или наносятся на стекло фонаря ка-
бины с помощью проводящей краски. Эти полоски со-
единяются между собой в виде гребенки, звездочки,
зигзага. ЭДС в такой антенне определяется длиной
участка снижения, не заэкранированного корпусом са-
молета и соединяющего металлические ленты с борто-
вым приемником. Длина этой части снижения мала,
поэтому и ЭДС на входе приемника также будет малой,
46
Фонарные антенны используются в качестве ненаправ-
ленных антенн бортовых радиокомпасов. Примеры по-
добных антенн приведены на рис. 2.7.
в
Рис. 2.7. Фонарные антенны:
а — гребенчатая; б —в виде звездочки; в — зигзагообразная: / —
отвес; 2 — бортовая аппаратура
§ 2.4. Шлейфовые антенны
Промежуточное место между выступающими прово-
лочными и невыступающими колпачковыми антеннами
занимают шлейфовые антенны. Они относятся к ан-
теннам с кондуктивным возбуждением. Как правило,
такие антенны выполняются из металлических трубок,
которые располагаются параллельно обшивке в различ-
ных участках корпуса носителя. Иногда шлейфовые ан-
тенны располагаются в небольших углублениях, для
чего в корпусе носителя делаются вырезы.
Примером таких антенн может служить шлейфовая
антенна, приведенная на рис. 2.8, а. Возбудители 1 рас-
полагаются в углублениях в передних кромках крыльев
и запитываются от двухпроводного симметричного фи-
дера. Свободные концы проводов возбудителей гальва-
нически соединяются с корпусом. Для сохранения аэро-
динамического качества носителя вырезы закрываются
диэлектрическими крышками. Такая антенна, работает
47
подобно симметричному вибратору. Резонансная длина
волны близка к размаху крыльев. Антенна нашла при’
менение в диапазоне КВ.
Рис. 2.8. Шлейфовые антенны:
а — в передних кромках крыльев; б — килевая: в, г, д — фюзеляжные:
е — пазовая: /—.токонесущий проводник антенны: 2 — изолятор; 3 —
фидер; -/ — бортовая аппаратура: 5 — контакты реле; 6 — подстроеч-
ные конденсаторы; 7 — точки возбуждения антенн
Другим примером может служить килевая шлейфо-
вая антенна. Возбуждающим элементом ее является
металлизированная верхняя кромка форкиля 1 на рис.
48
2.8, б. Запитка производится с одного конца, другой
конец закорочен на корпус. Это также антенна с <кон-
дуктивным возбуждением.
Еще один пример шлейфовой кондуктивной ан-
тенны приведен на рис. 2.8, в. Это так называемая фю-
зеляжная антенна. Она может располагаться снизу,
сверху и сбоку фюзеляжа. Трубка антенны крепится к
корпусу с помощью проходных изоляторов на расстоя-
нии 5—20 см от него. С помощью системы реле через
проходные изоляторы антенна может в определенных
местах замыкаться на корпус, благодаря чему осуще-
ствляется перестройка антенны на различные фиксиро-
ванные литера рабочих частот непосредственно во время
полета. Такие антенны применяются на СВ и КВ.
На средних волнах находят применение и шлей-
фовые антенны с емкостным возбуждением, а также ан-
тенны комбинированного типа, в которых возбуждаю-
щий элемент сочетает в себе емкостное и кондуктивное
возбуждение. Примеры таких антенн приведены на
рис. 2.8, г, д. <
§ 2.5. Рамочные антенны
Рассмотренные в предыдущих параграфах антенны
диапазонов СВ и КВ не обладают направленными свой-
ствами и годятся для случаев ненаправленной связи в
горизонтальной плоскости. Все рассмотренные антен-
ны относятся к так называемым электрическим ан-
теннам.
В ряде случаев требуется иметь на борту летатель-
ного аппарата антенну, обладающую направленными
свойствами в азимутальной плоскости, например в слу-
чае размещения на борту радиопеленгационной аппа-
ратуры. Простейшей антенной, обеспечивающей диа-
грамму направленности в азимутальной плоскости в виде
восьмерки, является элементарная рамка — антенна
магнитного типа. Рамка представляет собой один или
несколько витков, последовательно соединенных и рас-
положенных вертикально. Распределение тока попроводу
рамки равномерное,, так как ее размеры по отношению
к длине волны очень малы,
1 Зак. 137
49
Диаграмма направленности рамочной антенны вь|
ражается в виде
F(0) = cos 0,
где 0 — угол, отсчитываемый от плоскости рамки.
Действующая высота рамки может быть определен^
с помощью выражения
hA = ^nS,
где S — площадь витка рамки;
п — число витков.
Как видно из последнего выражения, действующа*
высота рамочной антенны растет с увеличением числг
витков рамки. Однако на практике это оказывается не-
выгодным, поскольку при этом растет реактивное 'ин-
дуктивное сопротивление рамки и увеличиваются поте-
ри в проводах и диэлектрике.
Сопротивление излучения рамки можно определить!
из выражения
7?2 = 800(-^-)г.
При расположении рамки вблизи идеального экрана,!
что имеет место в случае размещения ее на самолете,
сопротивление излучения возрастает примерно в 2 раза
и становится равным
(h \2
Однако на средних волнах сопротивление излучения
рамочных антенн составляет всего тысячные и реже
сотые доли ома, что при сопротивлении потерь, равном
единицам и десяткам ом, дает величину КПД такой
антенной системы всего около 0,1%. В связи с этим на
средних волнах рамочные антенны применяются в основ-
ном в качестве приемных антенн.
В бортовых связных радиостанциях рамочные ан-
тенны могут использоваться для подавления помех. Для
этого рамочная антенна направляется минимумом своей
диаграммы направленности на источник шумов, и каче-
ство приема при этом улучшается.
50
। Для получения чистого нуля b диаграмме HaiipaMetb
Пости рамочная антенна должна быть идеально сим-
метричной. Однако из-за паразитных емкостей, образу-
емых корпусом летательного аппарата, емкостями вво-
дов и т. д., рамочная антенна не имеет четкого нуля в
циаграмме. В результате этого на входе приемной аппа-
ратуры имеет место определенная ЭДС даже при ори-
ентации рамки осью на источник излучения. Это при-
водит к ошибкам в определении пеленга с помощью
бортовой пеленгационной аппаратуры.
В бортовых радиокомпасах применяются рамки с
магнитными сердечниками. При этом рамочная антен-
на утапливается заподлицо с обшивкой самолета и
сверху закрывается диэлектрической крышкой. Такое
размещение приводит к некоторым ошибкам пеленга
за счет влияния поверхностных токов. Ошибки эти за-
ранее исследуются и учитываются при отсчете пеленга.
Глава 3
АНТЕННЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
ДИАПАЗОНА МЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН
§ 3.1.	Возбуждение корпуса летательного аппарата
на Метровых волнах
Диапазон метровых волн (МВ) занимает полосу ча;
стот от 30 до 300 МГц. Особенностью этого диапазона
является то, что земная ионосфера является для неге
прозрачной средой. Поэтому диапазон МВ используете?
для связи в пределах прямой видимости. Дальность ли-
ний связи при этом определяется с учетом преломле-
ния в атмосфере по формуле
/?= 131 Ун,
где R — дальность действия линии связи, км;
Н — высота полета летательного аппарата, км.
На метровых волнах в нижних слоях атмосферы за-
метно поглощение энергии, поскольку затухание, обус-
ловленное действием молекул воздуха, составляет, на-
пример, на частоте 300 МГц около 0,0015 дБ/км. При
этом поглощение в парах воды, содержащихся в атмос-
фере, незначительно и им можно пренебречь. Затухание
МВ в ионосфере обратно пропорционально квадрату
частоты, причем днем оно возрастает, так как плотность
электронов увеличивается за счет действия солнечных
лучей. Максимальное поглощение днем на МВ может
доходить до 2,0 дБ. На частотах выше 100 МГц затуха-
нием в ионосфере можно также пренебречь.
В отличие от рассмотренных диапазонов СВ и КВ на
МВ характеристики направленности антенн определя-
ются не только конфигурацией, размерами летательного
аппарата и размещением антенн на нем, но и размера-
ми антенн, их типом и конфигурацией. По сравнению с
52
шапазонами СВ и КВ фаза поверхностного тока вдоль
шнии тока может значительно меняться. Причиной
•акого изменения фазы является то, что размера лета-
сльного аппарата для диапазона метровых радиоволн
шачительно превышают длину волны.
Рис. 3.1. Диаграммы направленности штыре-
вых антенн
Результирующее электромагнитное поле такой си-
стемы носит сильно выраженный интерференционный
характер., и, следовательно, диаграммы направленности
антенн этого диапазона имеют многолепестковую струк-
туру с частыми и глубокими провалами. Кроме того,
для метровых радиоволн корпус летательного аппарата
является экраном, что приводит также к появлению те-
невых участков в диаграмме направленности. Это осо-
бенно справедливо для коротковолновой части метрово-
го диапазона волн. Диаграммы направленности получа-
ются отжатыми в одну сторону. Детали корпуса лета-
тельного аппарата, расположенные по другую сторону
«экрана», почти не влияют на форму диаграммы на-
правленности. Поэтому диаграммы направленности ан-
тенн метрового диапазона, установленных на летатель-
ных аппаратах, имеют однонаправленную структуру,
ориентированную в полупространстве, где располо-
жена антенна, относительно корпуса носителя. На
рис. 3.1 приведены диаграммы направленности шты-
ревых антенн, установленных на киле двухмоторного
транспортного самолета и на днище фюзеляжа истре-
бителя.
При выборе места установки антенны МВ на лета-
тельном аппарате исходят из следующих соображений.
В случае ненаправленной или слабонаправленной ан-
тенны ее располагают в местах, создающих минимально
53
йозможную тень в диаграмме иаправлёнйости, учитый
при этом возможность интерференции за счет вторя
ных полей, создаваемых токами на поверхности но^
теля. Однако практически получить ненаправленн}
диаграмму для антенны летательного аппарата в так4
диапазоне почти невозможно. Для этих целей использ)
ются системы из двух и более излучателей, рационал
ным образом размещенных на корпусе носителя.
В случае направленной антенной системы ее расп
лагают на корпусе носителя в местах с максималы
возможным радиусом кривизны таким образом, чтоб
в поле зрения антенны не попадали' элементы koi
струкции летательного аппарата, способные затенит
или исказить диаграмму направленности за счет их р(
зонансного возбуждения на рабочих частотах.
Иногда для формирования диаграммы направлен
ности используются части корпуса носителя при обесп!
чении определенных условий их возбуждения. Эти чД
сти могут играть роль как пассивных, так и активны!
излучателей.	1
Таким образом, в диапазоне метровых радиовол!
диаграммы направленности антенн летательных аппара]
тов могут характеризоваться наличием теневых уча|
стков, которые образуются за счет экранирующего дей'
ствия корпуса, а также за счет изрезанности диаграммы
вследствие интерференции полей первичного излучение
(от собственно антенны) и вторичного (от поверхности
ных токов носителя).
§ 3.2.	Типы антенн метровых волн для летательных ап-
паратов
Антенны метровых волн для летательных аппаратов!
подразделяют на выступающие и невыступающиё?
Внутри этих групп они делятся по конструктивным при-
знакам, по направленным свойствам и другим особен-j
ностям.	|
В настоящее время многообразие антенн МВ лета-1
тельных аппаратов столь велико, что даже простое их
перечисление было бы достойно солидного каталога.
Дело в том, что при наличии более или менее четкой их
классификации применение конкретной антенны к кон-
кретному летательному аппарату вносит в ее конструк-
54
пю определенные коррективы. Например, обычный не-
имметричный четвертьволновый штырь, используемый
а скоростном истребителе, должен кроме чисто элек-
рических характеристик, свойственных аналогичному
]тырю в наземных условиях (входное сопротивление,
диаграмма излучения, поляризация), обеспечивать так-
ие и ряд других эксплуатационных характеристик.
< ним можно отнести малое лобовое сопротивление, вы-
юкую механическую прочность, разрядо- и короноустой-
швость, высокую теплостойкость и т. д. Все это накла-
хывает определенные ограничения на габариты и кон-
фигурацию антенны. Кроме того, условия размещения
На летательном аппарате также существенно влияют на
внешний вид антенны. Все это послужило причиной по-
явления широкого класса модифицированных антенн,
которые в рамках одной группы образуют большое мно-
гообразие конструкций. При всем их многообразии ос-
новными требованиями к ним остаются высокая надеж-
ность и эффективность.
В рамках данной главы будут кратко рассмотрены
следующие виды антенн метровых волн: штыревые, ра-
мочные, шлейфовые, полостные, поверхностные и спи-
ральные.
§ 3.3.	Выступающие антенны
Основными типами выступающих антенн метрового
диапазона, которые применяются- на летательных ап-
паратах, являются штыревые, шлейфовые и рамочные.
Штыревые антенны (рис. 3.2) могут быть симметрич-
ными и несимметричными. Профиль штыревых вибрато-
ров делается таким, чтобы не создавать больших иска-
жений аэродинамического качества носителя. Для этой
цели ребра вибраторов заостряются со стороны набе-
гающего потока, а сам вибратор по возможности дела-
ется наклонным (рис. 3.2,6). Штыревые вибраторы
имеют ненаправленные характеристики в плоскости,
перпендикулярной вибратору, что позволяет исполь-
зовать их в качестве антенн командных, телеметриче-
ских и связных бортовых радиостанций.
Требование высокой надежности работы линий свя-
зи при возможных эволюциях летательного аппарата в
пространстве требует, чтобы пространственные диа-
55
Рис. 3.2. Штыревые УКВ антенны:
а — прямой штырь; б — наклонный штырь; в — симметричный вибра-
тор; г—Г-образный штырь с последовательным питанием; д — вибра-
тор тромбонного типа: е — зависимость входного сопротивления не-
симметричного вибратора с последовательным питанием от положе-
ния точки запитки; ж — низкосилуэтный вибратор; з — серповидный
вибратор
56
граммы Направленности были йрактиНёскй изотроп-
ными в пределах возможных пространственных секто-
ров связи. Для этого вначале проводится анализ воз-
можных пространственных траекторий полета и направ-
лений связи в координатах, связывающих летательный
аппарат с пунктами связи, а затем выбирается тип
антенны и место ее установки на носителе. Широко
применяемые Г-образные (рис. 3.2, г) вибраторные ан-
тенны во многих практических случаях отвечают предъ-
являемым требованиям по обеспечению устойчивой
связи. Они эффективно работают для вертикальной и
горизонтальной поляризаций.
Диаграммы направленности для вертикальной и
горизонтальной поляризаций . взаимно перекрывают
друг друга в пространстве (в пределах требуемых ра-
бочих углов связи), создавая суммарный эффект все-
направленности. Подобные антенны обеспечивают
устойчивую связь с Землей. Лишь для объектов с очень
большими размерами (типа тяжелых транспортных
самолетов) могут встречаться отдельные теневые уча-
стки, образуемые в диаграмме направленности за счет
большого экранирующего действия корпуса самолета.
В этих случаях используется система из двух и более
антенн, расположенных таким образом на корпусе
самолета, чтобы результирующая диаграмма направ-
ленности перекрывала интересующий участок про-
странства по уровню коэффициента усиления больше
минимально допустимого для данной линии связи. При
правильном размещении антенн и подборе их взаимной
фазировки можно получить хорошую равномерную
диаграмму направленности и свести к минимуму участ-
ки с интерференционной изрезанностью. На метровом
диапазоне волн чаще применяются вибраторы с несим-
метричным возбуждением (рис. 3.2, а, д).
Конструктивно такой вибратор представляет собой
прямой или изогнутый штырь длиной около четверти
длины волны и состоящий из двух частей. Одна часть
(основание штыря) является продолжением внешней
оплетки коаксиального кабеля. Эта часть электрически
соединена с корпусом носителя. Другая часть вибратора
является продолжением внутреннего провода кабеля.
Она изолируется от корпуса с ^мощью диэлектриче-
ской втулки.
57
Токи высокой частоты на разомкнутом конце фш
Дера (узел запитки антенны) растекаются по внешней
стороне основания штыревой антенны, по корпусу
носителя и по изолированной от корпуса верхней части
штыревой антенны. Подобные антенны относятся к
классу антенн со стоячей волной. Распределение тока
и напряжения вдоль собственно антенны и по корпусу
летательного аппарата носит синусоидальный характер^
Входное сопротивление антенны можно оценить nd
отношению напряжения и тока в месте запитки антен-.
ны. Из рис. 3.2, е можно видеть, что это отношение будет
меняться в широких пределах при перемещении места
запитки от конца антенны к ее основанию.
На конце вибратора напряжение будет максималь^
ным, а ток близок к нулю и отличается от нуля только;
составляющей тока смещения. Поэтому входное сопро-^
тивление штыря, запитанного с конца, будет стремиться^
к бесконечности. При перемещении места возбуждения
штыря от конца к основанию входное сопротивление
будет уменьшаться. Таким образом, можно так подо-
брать место запитки, что входное сопротивление при
этом сравняется с волновым сопротивлением фидера,
то есть будет соблюдено условие полного согласования
антенны с фидерным трактом. Эта возможность сргла-
сования без привлечения дополнительных согласующих
элементов в виде катушек индуктивности и емкостей
обеспечивает преимущество рассматриваемых антенн
по сравнению с антеннами средних и коротких волн.
Благодаря такому преимуществу штыревые антенны
МВ получаются конструктивно более простыми.
Согласование и эффективность излучения таких
антенн зависят от высоты, их подъема над корпусом
летательного аппарата. Рассмотрим это на примере
Г-образного штыря, установленного на проводящей
плоскости. Если высота расположения горизонтальной
части штыря над плоскостью много меньше четверти
волны, то токи, текущие по этой части штыря и части
плоскости под ней, будут взаимно противофазными.
Поля, создаваемые этими токами, будут взаимно ком«
пенсировать друг друга в пространстве, то есть здесь
мы имеем дело с системой фидерных токов, не создаю-
щих излучения в пространстве. Система начинает
излучать, когда разность фаз токов, текущих по вибра«
58
тору и корпусу, существенно отличается от 180°. Раз-
ность фаз между токами равна
Дер = 2ти -у- ,
где Дер— разность фаз;
h — высота вертикальной части Г-образного ви-
братора;
X — длина волны.
Разность фаз между токами антенны и корпуса
определяет не только коэффициент эффективности излу-
чения, но и форму диаграммы направленности излучаю-
щей системы «антенна — корпус летательного аппарата».
Эффективная излучающая система получается при уда-
лении горизонтальной части антенны от корпуса на рас-
стояние порядка 0,05 длины волны и более, что на мет-
ровых волнах составляет более 10—20 см.
Однако использование таких антенн на высокоско-
ростных объектах по соображениям аэродинамики не
всегда целесообразно. Поэтому приходится снижать
силуэтность таких антенн. В настоящее время разра-
ботан целый ряд методов создания низкосилуэтных
антенн, электрические характеристики которых незна-
чительно отличались бы от обычных полномасштабных
антенн. Одним из способов является размещение
вибратора в магнитодиэлектрической среде, обладаю-
щей свойствами, отличными от свойств воздуха или
вакуума. Такое размещение позволяет добиться ^эффек-
тивного уменьшения размеров вибратора в	раз,
где k — некоторый конструктивный коэффициент, as —
диэлектрическая проницаемость среды, в которую поме-
щен вибратор.
Применяются и другие способы снижения силуэт-
ности вибраторных антенн. Так, например, установкой
между вибратором и корпусом носителя Г-образных
металлических полосок-диафрагм (рис. 3.2, ж) можно
добиться уменьшения высоты подъема вибратора в
несколько раз по сравнению с обычным вибратором.
Другим способом снижения силуэтности является
использование в качестве антенн элементов конструк-
ции летательного аппарата, например трубки прием-
ника воздушного давления, устанавливаемой в носовой
59
части самолета, ракеты либо на передней кроми
крыла или стабилизатора.	]
Наряду со штыревыми антеннами большое примб
нение находят выступающие антенны рамочного типа
которые представляют . собой плоские проволочные рам
д
Рис. 3.3. Рамочные самолетные антенны мет-
рового диапазона:
а — круглая; б — прямоугольная; в — рамочная ан-
тенна, располагаемая на киле самолета; г — проти-
вофазная запитка двух рамок; д — удлиненная рамка
ки, запрессованные в специальные обтекаемые пилоны
из диэлектриков.(рис. 3.3). Учитывая свойство рамок,;
их необходимо ориентировать таким образом, чтобы!
ось рамки была ориентирована вдоль направления, где
не требуется иметь излучения или приема. Для макси-
мального снижения провалов в диаграмме направлен-
ности применяется система из двух рамок, которые
запитываются противофазно. Оси этих рамок ориентир
руются перпендикулярно продольной оси летательного
60
шпарата, как показано на рис. 3.3, г для случая разме-
щения на ракете. Благодаря противофазной запитке на
корпусе носителя не возбуждаются интенсивные про-
дольные токи и корпус, таким образом, не оказывает
заметного влияния на диаграмму, направленности си-
стемы из таких двух рамок. Уменьшая высоту рамки
над корпусом, можно снизить ее лобовое сопротивление.
При этом для сохранения ее сопротивления излучения
необходимо сохранить без изменения площадь рамки,
го есть увеличить ее длину во столько же раз, во
сколько была уменьшена ее высота.
На рис. 3.3, д приведен пример такой маловыступаю-
щей удлиненной рамки, примененной на ракете типа
«Найк-Кайун». Эта антенна работает на частоте
38 МГц. Согласование ее с 50-омным фидером осущест-
вляется с помощью повышающего трансформатора с
ферритовым сердечником. Фидер прокладывается вдоль
одного из плеч рамки.
§ 3.4. Скрытые антенны
Уменьшение силуэтности антенн сопровождается
трудностями, связанными с согласованием антенн в
заданной полосе частот, получением требуемой меха-
нической прочности. Кроме того, низкосилуэтные ан-
тенны получаются выступающими и вносят дополни-
тельные аэродинамические потери в общее качество
летательного аппарата. В этом смысле более приемле-
мыми являются невыступающие антенны. К ним отно-
сятся скрытые антенны щелевого типа, полостные ан-
тенны, поверхностные, образованные некоторыми изо-
лированными частями корпуса носителя от его основ-
ной поверхности. В метровом диапазоне они получили
широкое распространение.
В предыдущей главе были кратко рассмотрены шлей-
фовые антенны выступающего типа, упоминалось и о
скрытых пазовых антеннах, которые иногда применя-
ются на коротких волнах. Скрытая шлейфовая антенна,
называемая полостной, нашла широкое применение на
самолетах и ракетах на МВ.
На рис. 3.4 приведены типовые схемы питания та-
ких антенн. Запитывающий вибратор помещается вну-
три полости, которая сверху закрывается защитным
61
обтекаемым радиопрозрачным кожухом. Полостнь
антенны представляют собой по существу несимметрш
ные фидерные линии, закороченные на конце коро«
кими перемычками на корпус. Сопротивление nepi
Рис. 3.4. Варианты типовых схем возбуждения
полостных антенн метровых волн (а, б, в, г):
1 — полость; 2 — корпус носителя; 3 — фидер; 4 — воз-
будитель; 5 — подстроечный плунжер; 6 — подстроечный
шлейф; 7 — компенсирующий конденсатор
мычки имеет реактивный характер.' Активная часг
входного сопротивления полостной антенны мног
меньше реактивной, поэтому антенна обладает высоко!
добротностью и сравнительно узкой полосой рабочие
частот.
Примером такой антенны может служить антенн*
маркерного маяка, работающая на частоте 75 МГц
Широкая полоса частот здесь не нужна, и подобны!
антенны для этих целей вполне пригодны. Антенн*
достаточно малогабаритна. Размеры ее резонатор*
составляют 0,06; 0,04 и 0,02 X соответственно для дли
ны, ширины и высоты. Требования к диаграммам на
правленности антенн маркерных маяков достаточнс
просты, поскольку наземные станции, с которыми ohi
работают, имеют большие запасы по мощности ДЛ5
тех небольших расстояний, на которых происходив
работа. Эти антенны располагаются на передней кром
62
ке нижнего или верхнего =жиля. При этом диаграммы
направленности в горизонт тальной плоскости получа-
ются достаточно равномерз=жыми.
При переходе в корот^==г<оволновую часть метрового
диапазона радиоволн кор! iyc киля или горизонтального
стабилизатора, где может быть расположена полостная
антенна, начинает окэзые==зять экранирующее действие
на диаграмму, что огран^^вшивает применение подобных
антенн на этих частотах.
Так же, как на СВ и КВ, в рассматриваемом диа-
пазоне широко применяюиввтся поверхностные антенны,
образованные изолирован—^ными законцовками крыла,
киля, стабилизатора. Дл—___я получения большей диапа-
зонное™ изолированные______части корпуса, псщжн.ье6ыть
бблёе массивными. Поскмйисольку это может привести к
, то законцовки, подлежащие
выполняют из прочного радио-
в который запрессовывается
—1 фольга, либо подвергают ме-
зености диэлектрика.
= вся законцовка, а лишь неко*
—р передняя кромка крыла, диа-
в горизонтальной и вертикаль-
=тся неравномерной. Основное
ы направлено вперед.
__я законцовка, диаграмма полу-
бслабленйюконструкци и__
изоляции, либо целиком
прозрачного материала,
металлическая сетка иль-
таллизации часть поверху
Когда изолируется не
торая ее часть, наприме—
грамма направленности
ной плоскостях получае=
излучение такой антенн
Если изолируется вс
чается более равномерн^ивой. За счет экранирующего дей<
ствия фюзеляжа и кры-----пьев диаграмма получается как
бы отжатой вверх. Д;^мкя уменьшения экранирующего
действия корпуса при^ивиеняются антенные системы в
виде сфазированной па дры симметрично расположенных
излучателей: одна анте	нна на законцовке киля, а дру*
гая —у его основан и	я. В качестве нижней часто
используются полостие, щелевые резонаторные или
выступающие штыревь^ите антенны. Диаграммы направ-
ленности такой комби}----1ации излучателей получаются
более равномерными	и охватывают больший сектор
пространственных углс^	в, чем при одной поверхностной
антенне.
При больших разм&=^рах законцовок на них можно
устанавливать сразу д____ве антенны, работающие на од-
ной или нескольких разнесенных частотах. Можно
использовать законцов^ивку в диапазоне КВ и МВ, как
63
Показано на рис. З.б. Чтобы токи антенны МВ диапа-
зона не оказывали влияния на работу коротковолновой
антенны, зазор последней шунтируется емкостями.
Антенны с изолированными частями корпуса обладают
Рис. 3.5. Комбинированная ки-
левая антенна:
1 и 2 — изолированные законцовки
киля: 3 — изоляторы; 4 — основа-
ние киля; 5 — фидер
несомненными преимуществами перед выступающими
антеннами.
§ 3.5. Вертолетные антенны
Особенности конструкций вертолетов, а также свя-
занные с ними условия размещения антенн показы-
вают, что вертолетные антенны целесообразно свести
в особую группу и рассматривать их отдельно. Верто-
лет конструктивно отличается от других типов лета-
тельных аппаратов. Массивная кабина, низкая посадка,
неубирающееся шасси, большие по размерам горизон-
тально и вертикально вращающиеся лопасти винтов —
вот основные конструктивные особенности вертолетов,
которые накладывают отпечаток на конструкции и ха-
рактеристики антенн, применяемых на них. Эти особен-
ности не позволяют применять резко выступающие кон-
струкции антенных устройств.
64
Невозможность установки На вертолетах Длинных
проволочных антенн привела к тому, что основным
рабочим диапазоном для вертолетных бортовых радио-
средств стал диапазон МВ. Сложность размещения
антенных систем на вертолетах усугубляется еще и тем,
что требования к их электрическим характеристикам
остаются такими же, как и для соответствующих типов
антенн, применяемых на самолетах и ракетах.
Используемые на вертолетах антенны диапазона
МВ не отличаются по конструкции от соответствующих
самолетных антенн. Отличие заключается лишь в том,
что способ их размещения на обшивке и условия
работы в полете специфичны и своеобразны. Наличие
неубирающихся колес, стоек, лопастей винтов приводит
к появлению изрезанности в диаграмме направленно-
сти. В результате возможно нарушение нормальной
работы линии связи, для восстановления которой пи-
лоту приходится иногда менять направление полета.
Сравнительно небольшие скорости полета вертоле-
тов позволяют снизить требования к аэродинамической
и механической прочности конструкции антенн, зато
возникают другие специфические требования. Напри-
мер, получение всенаправленной диаграммы в диапа-
зоне МВ для вертолета затрудняется тем, что размеры
выступающих частей вертолета: лопастей, стоек шасси
и др. — в этом диапазоне сравнимы с длиной волны и
являются резонансными. Появление резонансов вызы-
вает возрастание плотности токов в антенне и корпусе,
что приводит к значительным потерям полезной мощ-
ности, а также к интерференции, являющейся причиной
возникновения лепестковости и глубоких провалов в
диаграммах' направленности. Такое явление наблю-
дается и у больших самолетов на более низких частотах,
где размеры основных частей корпуса также близки к
резонансным. Но в этом случае появление лепестковости
для вертикальной поляризации не приводит к потере
связи, так как для диапазонов СВ и КВ хаотическая
поляризация из-за рассеяния радиоволн ионосферой
позволяет использовать также и составляющую с гори-
зонтальной поляризацией.
. В диапазоне МВ отражение от ионосферы прене-
брежимо мало и энергия ^оля с горизонтальной состав-
ляющей не может скомпенсировать в диаграмме про-
65
5 Зак. 137
балы Составляющей с вертикальной поляризацией. Ра-
бочая зона, в пределах которой возможно размещение
на вертолете выступающих антенн, ограничена сверху
за счет вращающихся лопастей, снизу — за счет близо-
сти земли во время нахождения на стоянке. Эти зоны
Рис. 3.6. Рабочая зона, где возможна установка высту-
пающих антенн на вертолете
доказаны на рис. 3.6. штриховкой. Спереди размещение
антенн также нежелательно, так как при этом ограни-
чивается поле зрения пилота. Наиболее удобным ме-
стом для размещения антенн на вертолете является
боковая обшивка фюзеляжа. У вертолетов, имеющих
полые валы роторов, применяются штыревые антенны^
выступающие над верхней частью приводного меха-
низма роторов. Питающий фидер пропускается через
отверстие в вале ротора.
Исследования показывают, что для диаграмм на-
правленности антенн вертолетов свойственна еще одна
особенность — наличие роторной модуляции. Она за-
ключается в том, что при вращении лопастей форма
диаграммы направленности и импедансная характери-
стика антенны периодически меняются в такт с враще-
нием лопастей. Происходит амплитудная модуляция
сигнала. Явление объясняется тем, что при вращении
лопастей меняется взаимное расположение антенны и
лопастей, а вместе с тем и емкость между ними. Сте-
пень искажения сигнала определяется размерами лопа-
стей и антенн и их взаимным расстоянием. Максималь-
ное искажение и ослабление сигнала происходит при
размещении антенн непосредственно в районе располо-
жения несущего вала. Потери сигнала передающей или
приемной антенной системы в этом случае могут дости-
гать 12 дБ.
66
Радиосвязь вертолетов с другими вертолетами, са-
молетами и наземными станциями, л в особенности с
расположенными за горизонтом, чарто вообще осуще-
ствляется через спутники связи,при распространении
Рис. 3.7. Симметричное расположение двух ан-
тенн под несущими лопастями вертолета:
1 и 2 — антенны
радиоволн в направлении плоскости вращения лопастей
несущих винтов. Для этого используются частоты
303 МГц (на передачу) и 249 МГц (на прием) при кру-
говой поляризации с правым вращением. Поскольку
экранирующее и искажающее влияние винтов для линий
связи в верхней полусфере максимально, то это необхо-
димо учитывать при построении линии связи
Избежать экранирующего влияния несущих винтов
можно , совмещением конструкции антенн и несущих
винтов либо размещением антенн над плоскостью вин-
тов на поворотной колонке. Наличие четырех лопастей
весьма удобно, так как позволяет при соответствующей
их запитке получить излучение с круговой поляриза-
цией того или другого направления вращения вектора
поля.
67
5*
Другим способом организации подобной линии связи
является использование двух антенн. Так, например,
применение двух антенн турникетного или спирального
типа, расположенных на верхней части фюзеляжа вер-
Рис. 3.8. Схема запитки антенн, изображенных на
рис. 3.7:
1 — вибраторы; 2 — симметрирующие согласующие стаканы;
3 — фазосдвигающий отрезок фидера; 4 и 5 — согласующие
отрезки фидера; 6 — общий фидер
толета симметрично относительно его продольной оси
нэ расстоянии примерно в одну длину волны друг от
друга, синфазно возбужденных от одного общего фи-
дера, позволяет существенно ослабить влияние несущих
винтов. Это получается за счет того, что в любой
момент времени одна из антенн оказывается в преиму-
щественном положении и обеспечивает работу радио-
линии. Максимальное ослабление, которое может ожи-
даться при таком построении антенной системы, соста-
вит не более 3,0 дБ. Размещение антенн на вертолете
показано на рис. 3.7, схема включения этих антенн при-
ведена на рис. 3.8.
Глава 4
АНТЕННЫЕ СИСТЕМЫ ДИАПАЗОНОВ
ДЕЦИМЕТРОВЫХ И САНТИМЕТРОВЫХ ВОЛН
§ 4.1. Свойства корпуса летательного аппарата
в диапазонах ДМ и СМ
Рассматриваемый диапазон охватывает частоты от
300 МГц до 30 ГГц. Радиоволны этого диапазона рас-
пространяются в пределах прямой видимости. Имеет
место диффузное рассеяние от Земли и окружающих
предметов на пути распространения радиоволн. При
распространении в среде с различного рода препятст-
виями границы тени и дифракции рассчитываются мето-
дами, применяемыми в геометрической оптике.
Атмосфера в сильной степени влияет на характер
распространения радиоволн ДМ и особенно СМ диапа-
зона. Так, для влажного воздуха поглощение на ча-
стотах до 10 ГГц составляет около 0,01 дБ/км. На
24 ГГц наблюдается резонансное поглощение в парах
воды, которое для атмосферы составляет 0,2 дБ/км.
Наконец, на частотах выше 40 ГГц поглощение в мо-
лекулах кислорода составляет 13 дБ/км.
За счет изменения содержания паров воды в атмо-
сфере в зависимости от высоты, особенно над морем,
часто создаются условия, благоприятные для сверх-
дальнего распространения над поверхностью Земли.
Получаются своего рода пространственные волноводы.
В тропических районах за счет этого дальность возра-
стает до 1000 км.
Одним из методов повышения дальности действия
линий связи в данных диапазонах является использо-
вание ретрансляционных линий передачи, оборудован-
ных высоконаправленными антеннами. Такие антенны
69
могут устанавливаться как на специальных наземных!
вышках, так и на летательных аппаратах: самолетах,:
вертолетах и космических аппаратах.
В отличие от диапазонов СВ, КВ и МВ в рассмат-:
риваемых диапазонах действие корпуса летательного,
аппарата ослаблено^ а в ряде случаев и вовсе ничтожно!
мало. Корпус действует в основном как экранирующее
тело. Чем короче волна, тем это свойство проявляется
сильнее. Эффективность вторичных полей, возбуждае-
мых в окружающем пространстве за счет токов, теку-
щих по корпусу летательного аппарата, определяется
плотностью этих токов. Плотность токов по мере уда-
ления от первичного возбудителя падает, и тем интен-
сивнее, чем короче длина волны. Поэтому на ДМ и
СМ диапазонах области повышенных плотностей токов
сосредоточиваются вблизи антенн. Следовательно, и
учитывать нужно только те части корпуса, которые ле-
жат поблизости от возбудителя и имеют размеры, срав-
нимые с длиной волны. Детали корпуса, имеющие
незначительные по сравнению с длиной волны размеры,
практически влияния не оказывают.
При выборе места расположения антенн на корпусе
летательного аппарата стараются разместить их -в
местах, где отсутствуют резко выступающие части
корпуса, способствующие созданию интерференцион-
ных провалов в диаграммах направленности.
Для получения малонаправленных антенн с учетом
экранирующего действия корпуса, как правило, исполь-
зуют систему из двух и более антенн, которые при
соответствующем способе их размещения на корпусе и
фазировке обеспечивают такие диаграммы. Так, си-
стема из двух излучателей, расположенных в носовой и
хвостовой частях фюзеляжа (рис. 4.1), обеспечивает
достаточно равномерную диаграмму в вертикальной
плоскости. Это дает возможность поддерживать уверен-
ную связь самолета с Землей как в передней, так и в
задней полусфере. Каждая из этих антенн, взятая в
отдельности, не обеспечивает такой связи из-за экрани-
рующего действия мотогондолы и фюзеляжа. Недо-
статком этой системы является то, что излучение про-
исходит одновременно в передней и задней полусферах,
что создает бесполезные потери порядка 3 дБ. Эти
потери увеличиваются еще и за счет затухания в фи-
70
дерном Тракте, который приходится тянуть через ве<Ь
летательный аппарат от хвостовой до носовой части.
Рис. 4.1. Диаграмма направленности в вертикальной пло-
скости системы из двух антенн (носовой и хвостовой):
/ — антенны; 2 — фидерная система
Снижение этих потерь может быть достигнуто с
помощью коммутации антенн непосредственно в полете
Рис. 4.2. Влияние выноса антенны от корпуса на расширение
сектора обзора:
1 — антенна без выноса; 2 — вынесенная антенна
или перед полетом в зависимости от маршрута полета.
Если коммутация не приводит к желаемому результату
вследствие сильного экранирующего действия корпуса
71
Летательного аппарата, необходимо вынести антенны й
сторону от корпуса (рис. 4.2).
В рассматриваемых диапазонах радиоволн широко
используются остронаправленные антенны, для которые
корпус летательного аппарата не оказывает заметного
влияния на характеристики излучения, и они счита-
ются практически раз-вязанными от него. Влияние мо-
гут оказывать лишь радиопрозрачные защитные ко-
жухи (обтекатели), закрывающие эти антенны.
§ 4.2. Зеркальные антенны
Зеркальными называются такие антенны, у которых
поле излучения формируется в результате отражения
электромагнитных волн от металлических поверхностей
(зеркал). Источником электромагнитных волн (в слу-
чае передающих антенн) служит небольшая антенна,
которая называется облучателем. В настоящее время
применяются однозеркальные, двухзеркальные антенны
и антенны, содержащие более двух зеркал, — много-
зеркальные. В зависимости от количества зеркал, их
форм и расположения электромагнитные волны, сфор-
мированные системой, будут иметь те или иные харак-
теристики: диаграмму направленности, поляризацион-
ные и др.
Наиболее распространенными являются зеркала
параболической формы: параболоиды вращения, пара-
болические цилиндры. В качестве облучателей исполь-
зуются открытые концы волноводов, вибраторы, спи-
рали, рупоры и др. В случае гипотетического точечного
источника, расположенного в фокусе параболоида вра-
щения, ширина диаграммы направленности опреде-
ляется [3] выражением
@0.5-58 4,	(4.1)
где 0о,5—ширина диаграммы направленности по уров-
ню половинной мощности;
X — длина волны;
d — диаметр зеркала на раскрыве.
Таким образом, чем меньше длина волны и больше
диаметр зеркала, тем уже диаграмма направленности.
Однако ширина и форма диаграммы зависят не только
72
от соотношения диаметра зеркала и длины волны, но и
от амплитудно-фазовых распределений поля на раскрыве
зеркала, которые определяются как способом облучения
со стороны первичного облучателя, так и формой зеркала
и отклонениями от теоретического параболического про-
филя, вызванными производственными допусками, усло-
виями эксплуатации и т. д.
Изменяя размеры и форму зеркала, можно созда-
вать диаграммы направленности, имеющие различную
форму и ширину. Например, для обзора земной поверх-
ности панорамным радиолокатором с самолета требуется
антенна с диаграммой направленности косекансной
формы:
F (а) = С cosec а,	(4.2)
где С — постоянный множитель;
а — угол, отсчитываемый от продольной оси са-
молета.
Напряженность поля, создаваемая такой антенной у
поверхности земли, остается постоянной, несмотря на
изменение угла а. За счет этого на индикаторе обзора
яркость изображения предметов, находящихся на раз-
личном удалении от самолета, получается одинаковой.
Фазовые искажения на раскрыве зеркала приводят
к отклонению максимума диаграммы направленности
от оси зеркала. Это можно наблюдать, например, при
выносе облучателя из фокуса зеркала, что исполь-
зуется для создания пеленгационных антенн, пеленгую-
щих цель по равносигнальному направлению (рис. 4.3).
На раннем этапе развития радиолокационной техники
применялся метод сканирования луча вокруг равносиг-
нального направления. С ростом скоростей летатель-
ных аппаратов такой метод стал непригоден, так как
за период сканирования воздушная обстановка может
резко измениться (уход цели на большие расстояния,
изменение ее отражающих способностей $а счет эволю-
ций или применения искусственных отражателей и
т. д.). В настоящее время одним из наиболее примени-
мых методов пеленга цели является моноимпульсный,
когда одновременно в пространстве формируются
несколько лучей и одновременно по всем этим лучам
производится оценка пространственных и радиолока-
ционных параметров пеленгуемой цели.
73
Применяемые на самолетах, вертолетах и ракетах
зеркальные антенны по существу ничем не отличаются
от наземных. Это, как правило, жесткие одно- и двух-
рис. 4.3. К объяснению создания равносигнального нап-
равления:
а —- облучение зеркала двумя диаметрально противоположными
облучателями, вынесенными из фокуса зеркала параллельно рас-
крыву: б — пеленг цели по равносигнальной зоне; 1 — облучатель;
2 — зеркало
зеркальные конструкции сканирующего или моноим-
пульсного типа, снабженные приводами, обеспечиваю-
щими обзор в заданном секторе пространственных
углов. Современные модификации зеркальных антенн
будут рассмотрены в главе, посвященной космическим
антеннам.
§ 4.3.	Линзовые антенны
Для формирования остронаправленных диаграмм
наряду с зеркальными могут также применяться линзо-
вые антенны. Линзовая антенна состоит из электромаг-
нитной линзы и облучателя. Сама линза представляет
собой радиопрозрачное тело из диэлектрика, форма и
коэффициент преломления которого меняются по опре-*
74
деленному закону. Назначение линзы в том, чтобы пре-
вратить фазовый фронт волны, излученной облучате-
лем, из почти сферического в близкий к равномерному
распределению фазы на выходе линзы. При этом фор-
мируется узкий луч.
Линзы могут быть как
чисто диэлектрические,
так и металлопластинча-
тые, из искусственного ди-
электрика, комбинирован-
ные (диэлектрик с ме-
таллическими включения-
ми). Большое распростра-
нение получили линзы
Люнеберга (рис. 4.4), ко-
торые представляют со-
бой диэлектрические сфе-
Рис. 4.4. Линза Люнеберга в
разобранном виде
ры, диэлектрическая про-
ницаемость которых плавно увеличивается от перифе-
рии к центру. Практически такие линзы изготовляют в
виде набора концентрических диэлектрических сфер
с различной диэлектрической проницаемостью.
В качестве облучателя часто используются либо
открытые концы волноводов, либо рупоры. Облуча-
тель своим раскрывом вплотную касается стенки линзы.
Выбранный закон изменения коэффициента преломле-
ния материала линзы дает возможность преобразовать
расходящийся пучок лучей, создаваемый облучателем,
в параллельный пучок на выходе линзы. Иногда при-
меняются цилиндрические линзовые антенны. Цилин-
дрическая линза состоит из двух круглых металличе-
ских пластин, пространство между которыми заполнено
диэлектриком с переменным по радиусу коэффициентом
преломления.
Сканирование с помощью линзовых антенн можно
осуществлять либо смещением облучателя, либо пере-
ключением нескольких облучателей. Ширина диа-
граммы направленности линзовой антенны зависит от
размеров линзы. Диаграмма направленности линзовой
сферической антенны представляет собой тело враще-
ния, -диаграмма направленности цилиндрической линзо-
вой антенны несимметрична. В вертикальной плоско-
сти ширина диаграммы направленности цилиндриче-
75
ской линзовой антенны больше, поскольку размер эф-
фективного раскрыва антенны здесь меньше и опреде-
ляется расстоянием между металлическими пластинами.
Ширина диаграммы направленности в вертикальной
плоскости определяется по формуле
@о^14О/А,	(4.3)
а в горизонтальной — по формуле
3 - 30 -,
и,о	г
(4.4)
где X —длина волны;
г — радиус кривизны линзы.
§ 4.4.	Щелевые антенны
Щелевые антенны относятся к скрытым антеннам и
широко применяются в рассматриваемом диапазоне.
Первые щелевые антенны представляли собой отдель-
ные щелевые излучатели, которые крепились к корпусу
самолета с помощью специальных пилонов. Примером
таких антенн может служить резонаторная антенна,
показанная на рис. 4.5, которая состоит из двух откры-
тых с торцов цилиндров, имеющих вдоль образующей
щели. Возбуждение полости цилиндра осуществляется
с помощью индуктивных петель связи. Эти антенны
относятся к выступающим, что ограничивает их приме-
нение на летательных аппаратах.
В дальнейшем в качестве антенн стали использо-
вать щели, прорезанные в корпусе летательного аппа-
рата. Выбором числа щелей, их взаимного расположе-
ния и способа запитки удается получить требуемые
формы диаграмм и поляризационные характеристики.
Так, двухщелевая антенна имеет характеристику
направленности, направление максимума которой мо-
жет меняться в зависимости от того, к какой щели под-
водится питание. При расстоянии между щелями в
полволны максимум отклоняется в сторону запитанной
щели, другая щель при этом играет роль рефлектора.
Коммутируя запитку щелей попеременно, можно осу-
ществить качание лепестка диаграммы.
76
Подобные щелевые излучатели могут использо-
ваться как самостоятельные антенны либо как облуча-
тели зеркальных антенн. Антенна с качающимся лучом,
Рис. 4.5. Резонаторная щеле-
вая антенна
Рис. 4.6. Щелевая антенна
с коммутируемой диаграм-
мой направленности
установленная на законцовке крыла, в хвостовой или
носовой части фюзеляжа, приведена на рис. 4.6. Пере-
ключение луча вправо и влево от оси антенны на
угол 20° осуществляется с помощью коммутатора.
Подобные антенны могут объединяться в целые блоки,
что позволяет получить более узкие диаграммы на-
правленности. Питание таких щелевых антенн осуще-
ствляется с помощью штыревых или петлевых возбу-
дителей, располагающихся в резонаторах коробчатого
типа, закрывающих щель со стороны корпуса лета-
тельного аппарата.
Такая система питания обеспечивает высокую до-
бротность антенны и сравнительно узкую полосу рабо-
чих частот. В случае необходимости расширения полосы
11
частот до 10—15% центральный проводник несиммет-
ричного возбудителя резонатора плавно расширяют от
места соединения его с коаксиальным кабелем и до со-
единения с краями излучающей щели (рис. 4.7).
Рис. 4.7. Щелевая резонаторная
антенна с клинообразным возбу-
дителем
. Для получения антен-
ны с достаточно высоким
КПД необходимо, чтобы
глубина резонатора и раз-
меры щели были сравни-
мы с длиной волны. Клас-
сическая резонаторная
щелевая антенна имеет
I следующие размеры: глу-
бина резонатора — чет-
верть волны, длина ще-
ли — около половины
длины волны. Как уже
указывалось выше, раз-
меры излучателей можно
эффективно уменьшать,
используя	магнитоди-
9лёктрические покрытия
ОиГ заполнители. В дан-
ном случае, заполняя полость резонатора диэлектриком,
можно добиться уменьшения размеров резонатора. Дей-
ствие диэлектрика будет тем эффективнее, чем выше его
диэлектрическая проницаемость. Однако необходимо
учитывать тот факт, что при очень высоких значениях
диэлектрической проницаемости заполнителя нару-
шается согласование между выходом питающей фидер-
ной линии и резонатором с одной стороны и между
резонатором и свободным пространством — с другой.
Для компенсации этих явлений иногда заполнитель
делается слоистым с постепенным нарастанием ди-
электрической проницаемости от краев к середине ре-
зонатора.
Уменьшения размеров щелей и резонатора можно
также добиться рациональным выбором элементов
антенны. На рис. 4.8 приведена резонаторная антенна,
глубина резонатора которой h не превышает 0,04 длины
волны, что позволяет применять ее на скоростных
объектах, поскольку антенна практически не занимает
полезного внутреннего объема аппарата. Для предо-
78
ранения полости
^-образная щель
крышкой 4.
резонатора 2 от встречного потока
1 закрывается радиопрозрачной
А-А
Рис. 4.8. Малогабаритная щелевая резонаторная антенна:
/ — излучающая щель; 2 — полость резонатора; 3 — Г-образный воз-
будитель; 4 — радиопрозрачная крышка; 5 — кронштейн
§ 4.5.	Спиральные антенны
Характеристики антенн, установленных на лета-
тельном аппарате, искажаются за счет влияния вто-
ричных полей, возбужденных в окружающем простран-
стве вторичными токами, текущими по обшивке. Это
искажение сказывается и на поляризационной характе-
ристике. Как было указано ранее, коэффициент эллип-
тичности зависит от соотношения составляющих век-
тора электрического поля с правым и левым направле-
нием вращения.
При размещении антенны на отражающей, рассеи-
вающей поверхности летательного аппарата происхо-
дит следующее. Допустим, что поле прямой волны имеет
круговую поляризацию правого вращения, ампли-
туда поля этой волны равна £ni. Вторичное поле, обра-
зовавшееся за счет поверхностных токов, то есть фак-
тически отраженное от поверхности, будет иметь в ана-
логичных направлениях распространения волны поля-
ризацию обратного направления вращения. При этом
амплитуда вторичного поля будет равна Ел2 с учетом
коэффициента отражения и потерь в материале
7?
обшивки. Следовательно, при векторном сложении этих
двух полей в пространстве образуется результирующее
поле, коэффициент эллиптичности которого будет отли-
чаться от 1 и равняться
^ = 201g^±4i.	(4.5)
'-'Л
Таким образом, поля антенн УКВ с круговой поля-
ризацией, устанавливаемых на летательных аппаратах,
претерпевают искажения, и, как правило, результирую-
щие поля этих антенн имеют эллиптическую поляри-
зацию. Первая антенна с круговой поляризацией была
предложена в 1929 г. советским ученым А. А. Пистоль-
корсом. Она представляла собой систему двух скрещен-
ных под углом 90° линейных вибраторов, запитанных
со сдвигом фаз между смежными вибраторами в 90°,
нарастающим в последовательности: 0, 90, 180, 270,
360°. В зависимости от направления нарастания фазы
направление вращения вектора может быть правым
или левым.
Кроме названной антенны (турникетного типа) при-
меняется очень большое число антенн с круговой поля-
ризацией. Наиболее распространенными в настоящее
время являются антенны спирального типа. На лета-
тельных аппаратах применяются регулярные цилиндри-
ческие, плоские логарифмические спирали, спиральные
антенны в виде выпуклых тел вращения, различного
рода модифицированные спирали и др. как в виде
самостоятельных излучателей, так и в качестве облу-
чателей зеркальных антенн, элементов фазированных
решеток и т. д.
Преимущество спиральных антенн перед другими
антеннами круговой поляризации заключается в их
конструктивной простоте, простоте монтажа, настройки,
обслуживания, . их широкополосности. Даже обычная
регулярная спираль с явными признаками резонанса,
определяемыми размером витка, обладает полосой в
±20% относительно средней частоты. Получившие же
широкое распространение логоспиральные антенны,
витки которых навиты по логарифмическому закону и
геометрия спирали от вершины до основания является
лишь функцией угла, обладают сверхширокополосными
свойствами и могут работать практически без ограни-
80
чения частотного диапазона. Для этого необходимо
лишь соблюдать высокое качество исполнения кон-
струкции.
Развитая в последнее время теория многозаходных
регулярных и нерегулярных спиралей позволила соз-
дать конструкции спиральных антенн с уменьшенными
размерами. Примером может служить спиральная
антенна посадочного аппарата космической автомати-
ческой станции «Венера-9», показанная на рис. В.З.
Одной из основных особенностей спиральных ан-
тенн является возможность возбуждения в них волн
различных типов, получивших название волн типа
Тп, где п — число волн, укладывающихся на одном
витке спирали и определяющих порядок так называе-
мого пространственного резонанса.
Типом волны в спиральной структуре определяется
форма диаграммы направленности такой антенны. Так,
для волны нулевого порядка То, когда периметр цилин-
дрической спирали или соответствующий виток пло-
ской или конической спирали меньше длины волны,
характерно нормальное излучение. Соответствующая
ему диаграмма направленности имеет тороидальную
форму, симметричную относительно оси спирали. Недо-
статком таких антенн является трудность получения
излучения с круговой поляризацией.
При возбуждении волны диаграмма направлен-
ности представляет собой симметричный лепесток, ори-
ентированный вдоль оси спирали. Это режим осевого
излучения. Для более высоких порядков возбуждения
Т2, Т3 и т. д. характерна многолепестковость. Диа-
грамма направленности при этом является телом вра-
щения. Так, для режима Т2 — это воронкообразная
диаграмма направленности, ширина главного лепестка
которой и его ориентация относительно оси спирали
зависят от количества витков и угла намотки спирали.
Таким образом, меняя эти параметры спирали, можно
регулировать характеристику направленности спираль-
ной антенны в широких пределах, что также весьма
важно для антенн летательных аппаратов.
С использованием свойств спиральных антенн соз-
даны 'многочисленные модифицированные конструкции
спиральных антенн летательных аппаратов. На рис. 4.9
представлена одна из них. С помощью такой модифи-
6 Зак. 137	81
цированной спирали можно легко получить антенну
переднего и заднего обзора. Регулируя число пассив-
ных, закороченных на корпус витков спирали, можно
Рис. 4.9. Модифицированная цилиндрическая
спиральная антенна
управлять шириной луча и его положением относитель-
но направления полета.
§ 4.6.	Антенны поверхностных волн
Среди антенн СВЧ диапазона, применяемых на
летательных аппаратах, встречаются антенны, излучаю-
щие вдоль своей токонесущей поверхности [12]. Они
называются антеннами поверхностных волн и состоят
из двух основных частей:' возбудителя и направителя.
В качестве возбудителей могут использоваться обычные
излучатели: рупоры, симметричные вибраторы, спи-
рали и др. Возбудитель устанавливается относительно
направителя таким образом, чтобы он направлял энер-
гию* вырабатываемую генератором, на рабочую поверх-
ность направителя, в качестве которой могут быть
использованы ребристая замедляющая структура и
диэлектрическая среда над проводящей поверхностью.
Эти среды обладают граничными свойствами индук-
тивного характера и способны поддерживать около себя
структуру поля поверхностной волны.
к
Бесконечную по длине ребристую структуру, пока-
занную на рис. 4.10, а, можно представить себе как
бесконечную систему щелевых , антенн, ограниченных
Рис. 4.10. Антенны поверхностных волн:
а — ребристая структура; б — линейная рупорная
антенна с ребристой замедляющей структурой;
в —линейная антенна с диэлектрической замед-
ляющей структурой: г — диэлектрическая стерж-
невая антенна: д — диэлектрическая трубчатая
антенна; е — ребристо-стержневая цилиндриче-
ская антенна; ж — плоскостная диэлектриче-
ская антенна; з — плоскостная ребристая антен-
на: 1 — штырь; 2 — рефлектор
резонаторами-канавками. Результирующее поле излу-
чения, формирующееся в пространстве, можно в этом
случае представить себе как результат сложения полей
от всех этих элементарных излучателей, обладающих
благодаря наличию резонатора однонаправленным
6*	83
излучением. Поскольку указанные щели возбуждаются
бегущей волной, последовательно проходящей все эти
элементарные излучатели, то, очевидно, фаза и ампли-
туда возбуждения каждой щели будут определяться
длиной волны возбуждающего поля, а также конфигу-
рацией и размерами канавок и свойствами поверхности
ребристой структуры (потери в материале, диэлектри-
ческие свойства заполнителя и т. д.). Ширина диа-
граммы направленности такой системы будет зависеть
от размеров структуры, а ориентация максимума диа-
граммы будет определяться взаимной фазировкой
отдельных излучателей.
Направители могут быть регулярными, когда их
импедансные свойства постоянны вдоль направления
распространения волны, и нерегулярными, или модули-
рованными, когда их импедансные свойства меняются
вдоль этого направления по определенному закону.
Простейшими направителями являются обычные спи-
ральные или зигзагообразные структуры.
На рис. 4.10 приведены некоторые примеры антенн
поверхностных волн. Они могут быть разбиты на две
основные группы: стержневые и плоскостные. Стержне-
вые представляют собой цилиндрический или кониче-
ский стержень, изготовленный из сплошного или труб-
чатого диэлектрика или в виде- периодической струк-
туры, состоящей из металлических дисков, насаженных
на металлический стержень (ребристо-стержневая
структура). Ширина диаграммы направленности стер-
жневых антенн поверхностной волны определяется из
выражения
@05^60/4,	(4.6)
где X — длина волны;
L — длина стержня.
Диаграммы направленности таких антенн, как
правило, однолепестковые с осевым излучением. Коэф-
фициент направленного действия таких антенн может
быть оценен по формуле
КНД = £-^,	(4.7)
где коэффициент k=4 4- 5.
84
Плоскостные антенны представляют собой систему
периодически расположенных на металлической под-
ложке ребер (гофров) или диэлектрика, профиль и свой-
ства которого могут меняться вдоль структуры. Пло-
скостные структуры могут возбуждаться либо из центра,
либо с края. В зависимости от этого диаграмма направ-
ленности может быть всенаправленной и однонаправ-
ленной.
Отличительной особенностью антенн поверхност-
ных волн, и в особенности плоскостных, является
малая толщина направителя, что позволяет исполь-
зовать их как маловыступающие антенны на лета-
тельных аппаратах. При этом в качестве металличе-
ской подложки может служить- обшивка носителя.
Линейные плоскостные антенны поверхностных волн,
приведенные на рис. 4.10, б, в, применяют и как глиссад-
ные антенны.
Плоскостные антенны поверхностных волн могут
устанавливаться как на плоской подложке, так и на
криволинейной (рис. 4.10, ж, з). В качестве возбудите-
лей в них применяются штыревые антенны /, нагру-
женные емкостью, которая конструктивно играет и
роль рефлектора 2, способствующего уменьшению рас-
сеяния энергии в боковых направлениях.
Примером практического использования ребристо-
стержневых излучателей является направленная антен-
на дециметрового диапазона, установленная на двух
советских луноходах. В качестве возбудителя ребри-
стой структуры в данном случае была применена
цилиндрическая спираль с рефлектором. Для увеличе-
ния связи возбудителя с направляющей ребристой ди-
сковой структурой последний свободный виток спирали
гальванически соединен с диском, ближе всех располо-
женным к спирали.
Ребристо-стержневая антенна с рупорным возбуди-
телем приведена на рис. 4.10, е. Для улучшения согла-
сования подобных антенн диаметр дисковых стержней
при выходе из рупора постепенно увеличивается. Для
этой .же цели можно использовать дополнительные
согласующие устройства типа диэлектрических или
металлических клинообразных вкладышей, размещае-
мых в полости волновода, или рупора, которые позво-
ляют за счет создания местных неоднородностей ском-
85
йенсировать отраженные от ребристой структуры втд-
ричные волны.
Иногда применяются антенны, в качестве направи-
теля поверхностной волны в которых используются
диэлектрические стержни. Эти стержни могут быть как
сплошными (рис. 4.10,г), так и полыми (рис. 4.10,д).
Согласование направителя с возбудителем в этом слу-
чае достигается выбором формы стержня и его распо-
ложения относительно возбудителя. Общими недостат-
ками антенн поверхностных волн до сих пор остаются
относительно большой уровень бокового излучения и
сложная технология их изготовления и настройки.
§ 4.7.	Частотно-независимые антенны
При рассмотрении различного типа антенн отме-
чается, что их характеристики излучения при все>м
многообразии типов антенн, их конфигураций, особен-
ностей возбуждения и т. д. определяются одной основ-
ной величиной: отношением размеров антенны (ее излу-
чающей части) к длине рабочей волны. Эта особен-
ность была положена в основу построения частотно-
независимых антенн. Поясним эту мысль. Если по-
строить такую излучающую структуру, при которой с
изменением рабочей частоты возбуждения отношение
размеров излучающей поверхности к длине волны
(при соблюдении геометрического подобия этих поверх-
ностей) будет оставаться постоянным, то основные
характеристики излучения (диаграмма направленности,
поляризационная характеристика, импедансная харак-
теристика) будут сохраняться. Очевидно, с понижением
частоты размеры эффективной излучающей поверхно-
сти должны расти.
Таким образом, для обеспечения частотной незави-
симости антенны необходимо выбрать такую форму,
чтобы при изменении частоты отношение размеров
излучающей поверхности к длине волны оставалось
постоянным. За последние два десятилетия было пред-
ложено большое число частотно-независимых антенн.
К ним можно отнести диекоконусную, коническую спи-
ральную, в виде спирали Архимеда, логопериодические
антенны. Принцип электродинамического подобия, по-
ясненный выше, лежит в основе построения всех часто-
86
тно-независимых антенн. Несмотря на то что он строго
справедлив лишь для бесконечных структур, практи-
чески он применяется и при построении реальных ан-
тенн, обладающих конечными размерами.
При построении частотно-независимых антенн
(ЧНА) одной из главных задач является обеспечение
широкополосного согласования. В основу построения
этих антенн в свое время был положен принцип допол-
нения. Суть его сводится к тому, что импеданс антенны
определенной конфигурации, вырезанной из металли-
ческого листа, подчиняется уравнению
7 _ (12(к)2
Za —
4^д0П
(4.8)
где /доп — импеданс фигуры, дополняющей рассматри-
ваемую антенну до первоначального сплош-
ного листа, Ом.
Для случая, когда вырезанная часть совпадает по
размерам и конфигурации с невырезайной, будем
иметь /а=/доп, то есть в этом случае сопротивление
антенны в омах будет равно
Z* — 60тс,
что в 2 раза меньше сопротивления свободного про-
странства, которое, как известно, составляет 377 Ом. Как
видно из приведенного выражения (4.8), импеданс
такой самодополняющей антенной структуры не зависит
от частоты.
Такими структурами на практике являются плоские
и выпуклые в виде тел вращения спиральные струк-
туры. К ним можно отнести плоские логарифмические
спирали, а также конические логарифмические спирали,
логарифмические спирали на полусферах и другие. Спи-
рали могут быть однозаходными и многозаходными. От
центра спирали к ее периферии ширина токонесущего
проводника в соответствии с принципом дополнения по-
степенно нарастает по логарифмическому закону. На
рис. 4.11 приведены примеры таких антенн.
Плоские антенны типа спирали Архимеда и другие,
содержащие две токонесущие ветви, запитанные в про-
тивофазе, излучают по обе стороны от плоскости спи-
рали вдоль своей оси. Для получения однонаправлен-
ности такую спираль Ограничивают с одной стороны
87
цилиндрическим резонатором (рис. 4.12). Основным
требованием, как указывалось выше, для таких антенн
является соблюдение требования, чтобы размеры
излучающей части были пропорциональны длине вол-
ны. Для рассматриваемых спиралей это означает, что
длина витка должна быть равна длине волны. Практи-
чески это не всегда удобно, так как, например, в. диа-
пазоне метровых волн размеры спиралей получаются
очень большими.
Эта проблема может быть решена следующим обра-
зом. Часть спирали наматывается не обычной сплош-
ной металлической лентой, а перфорированной, то есть
содержащей поперечные прорези. При такой конфигу-
0
а — спираль Архимеда; б
Рис. 4.11. Частотно)
коническая лвухзаходна]
вид; 2 — согласующее
рации токонесущего проводника спирали путь тока
вдоль токовой линии получается больше, чем при
обычном проводнике. Это равносильно уменьшению
скорости распространения волны вдоль обычного токо-
несущего проводника спирали. При этом соответст-
68
веяно длина волны, бегущей вдоль такого проводника,
будет увеличиваться:
независимые антенны:
логарифмическая спиральная антенна; / — внешний
устройство: 3 — спираль
где v — скорость распространения волны вдоль про-
водника;
f—рабочая частота.
Таким образом, видоизменяя форму токонесущего
проводника спирали, можно эффективно уменьшить
89
размер йзлучающей частй спирали, то есть уменьшить
габариты антенны. Подобной перфорацией токонесущего
провода можно добиться уменьшения диаметра спирали
Рис. 4.12. Спиральная плоская резонаторная
антенна
в два раза и более. На рис. 4.13, а приводится таблица,
показывающая, во сколько раз можно уменьшить внеш-
ний диаметр антенны, применяя зигзагообразный про-
вод той или иной конфигурации для случая плоской
прямоугольной спирали. Уменьшение внешнего диа-
метра определяется величиной civ, обратной коэффи-
циенту замедления среды, в данном случае модулиро-
ванного импедансного проводника. Безусловно, замед-
ление и соответственно возможность уменьшения раз-
меров антенны будут определяться тем, насколько при-
меняемая перфорация провода позволяет эффективно
искривить линию тока, а последнее будет определяться
соотношением между величиной тока проводимости
вдоль зигзагообразного проводника и величиной тока
смещения вдоль линии навивки спирали.
Особенностью ЧНА типа плоских и выпуклых спи-
ралей является то, что в них излучает не вся их токоне-
сущая поверхность, а лишь небольшая ее часть, кото-
рая называется активной областью или активной зоной.
90
Она ограничивается размерами, в пределах которых
размеры витков кратны рабочей длине волны. В зави-
симости от числа волн, укладывающихся на витке, в
	. конфигурация _ импедансного провода	т/п	v/c
	^itwvvwvk	2	0,45
	-«4/7 I*- mo же	1,75	0,5
	mo же	1,5	0,55
	тоже	1,0	0,71
	тоже	0,75	0,8
	тоже	0,5	0,89
	тоже	0,25	0,97
		0	1,0
а
Рис. 4.13. Плоская квадратная спиральная антенна с
уменьшенными поперечными размерами:
а —таблица зависимости замедления волны (vic) от конфигу-
рации провода; б — обычная спираль; в — спираль с модулирован-
ным токонесущим проводником
спирали возбуждается тот или иной тип волны. Витки
при этом соответствуют условию так называемого
«пространственного резонанса», соответствующие вол-
ны, возбуждаемые в активной области, получили на-
звание Гп-волн. Знак п определяет тип волны: Tq,
Т2 и т. д. Типом волны определяются в конечном счете
91
все характеристики излучения антенны: диаграмма
направленности, уровень боковых лепестков, поляри-
зационная характеристика и др.
Рис. 4.14. Коническая спиральная ан-
тенна с перфорацией провода
Части спирали, лежащие за пределами активной об-
ласти, являются либо фактическим продолжением
фидера, либо создают нежелательные типы волн,
снижающих эффективность антенны. Соответствующей
перфорацией проводников за пределами активной зоны
можно практически расширить рабочую активную об-
ласть спиральной антенны. Так, например, если диаметр
нижнего основания конической логоспиральной антенны
соответствует требуемому режиму работы, то, произведя
перфорацию витков, лежащих выше активной зоны для
данного режима, можно продолжить активную зону
ближе к вершине конуса.
Выбрав определенный закон перфорирования токо-
несущей полосы, как, например, показано на рис. 4.14
где при приближении к вершине спирали частота и глу-
бина прорезей нарастают, можно фактически всю токо-
несущую поверхность спирали превратить в активную
зону для выбранного типа волны Тп. Такой способ мо-
жет позволить снизить уровень излучения нежелатель-
ных типов волн, повысить эффективность излучения ан-
тенны, улучшить ее согласование.
92
Рассмотренные антенны находят практическое . при-
менение в технике летательных аппаратов как в ви-
де самостоятельных излучателей, так и в качестве об-
лучателей зеркальных и других антенн. Существуют
Рис. 4.15. Серповидная антенна:
/ — токонесущий проводник, совмещенный со стабилизаторами ракеты;
2 — фидер
различные модификации этих антенн, например серпо-
видная (рис. 4.15).
§ 4.8.	Элементы высокочастотных трактов
Наличие на современном летательном аппарате боль-
шого количества радиоэлектронного оборудования, в том
числе большого количества антенн, привело к необходи-
мости решения задачи электромагнитной совместимости
и развязки бортовых радиотехнических систем и уст-
ройств [11]. Например, для бортовых доплеровских си-
стем наличие в приемном тракте паразитного напряже-
ния за счет отражений от корпуса летательного аппара-
та или наведенной высокочастотной энергии от других
радиосредств борта приводит к нарушению нормаль-
ной работы. Речь идет не о больших уровнях, а об
уровнях, составляющих десятые и сотые доли процента
от собственного уровня излученной мощности.
Для развязки бортовых средств и обеспечения их
нормальной работы служат специальные развязываю-
щие селективно-фильгрующие цепи и схемы. В зависи-
мости от диапазона внешний вид и схемно-элементное
решение конструкции фильтра меняется. Так, если для
диапазона СВ это обычные контуры на сосредоточенных
постоянных (набор катушек индуктивности и конденса-
торов), то на ДМ волнах это ребристо-стержневые струк-
туры, выполненные с высокой точностью. На сантимет-
93
ровых и миллиметровых волнах фильтрами служат раз-
личного рода резонаторы, выполненные на отрезках
волноводов с использованием запредельных волноводов
в качестве развязывающих и ответвляющих высокоча-
стотную энергию цепей.
Фильтры служат не только для развязки, но и для
повышения чувствительности бортовых приемников. Об-
ладая определенной полосой пропускания, они тем са-
мым ограничивают вход приемных устройств по полосе
частот, препятствуя попаданию на вход приемника вред-
ных мешающих сигналов, находящихся за пределами ра-
бочей полосы частот. Таким образом, обладая частотной
селективностью, бортовые фильтры совместно с антен-
нами, обеспечивающими пространственную селектив-
ность, решают общую задачу оптимальной организации
линии связи «летательный аппарат — Земля» и повыше-
ния надежности ее работы.
Наряду с фильтрами в схемах антенно-фидерных си-
стем летательных аппаратов широко используются раз-
личного рода коммутирующие устройства или просто вы-
сокочастотные переключатели. Они могут быть различ-
ных типов: электромеханические, где переключение осу-
ществляется за счет вращения или линейного перемеще-
ния высокочастотной переключающей головки, коммути-
рующей различные высокочастотные цепи; полупровод-
никовые, где переключение цепей осуществляется за счет
изменения проводящих свойств полупроводниковых
диодов, так называемых pin-диодов. Проводящие свой-
ства в них изменяются при подаче на вход постоянного
напряжения.
Коммутаторы применяются как в волноводах, так и
в коаксиальных цепях. В фазированных антенных ре-
шетках широко применяются коммутаторы полупровод-
никового типа, построенные на полосковых линиях. Ве-
сьма важными элементами трактов являются различ-
ного рода высокочастотные ответвители. Они использу-
ются для ответвления из основных трактов небольшой
части мощности, например в измерителях проходящей
мощности, в измерителях согласования, в устройствах
автоматического согласования и подстройки трактов не-
посредственно в процессе полета.
На рис. 4.16 показан пример исполнения высокочас-
тотного блока антенно-фидерной системы космического
94
аппарата, Содержащего в себе перечисленные выше эле-
менты: фильтры, коммутаторы, ответвители и др. С по^
мощью подобных высокочастотных блоков осуществля-
ется вся логика работы антенной системы летательного
аппарата на всех этапах его полета: включение и вьр
Рис. 4.16. Высокочастотный блок антенно-фидерной системы косми-
ческого аппарата:
/ — коммутатор; 2 — фильтры; 3 — измерители согласования
ключение высокочастотной приемопередающей аппара-
туры, измерение параметров определенных участков и
узлов аппаратуры, переключение антенн, оценка качества
работы бортовой электронной аппаратуры и антенного
тракта в целом, измерение уровня выходной мощности
бортовых радиопередатчиков, измерение уровня излучае-
мой антеннами мощности и т. д.
§ 4.9.	Фазированные антенные решетки
В технике антенн летательных аппаратов, в том чи*
еле космических летательных аппаратов, большой ин-
терес представляют антенные системы с управляемым
положением диаграммы направленности. Направление
95
Максимума диаграммы любой антенны, обладающей эф-
фективным эквивалентным раскрывом, ориентировано
нормально к плоскости равных фаз. Очевидно, что для
поворота лепестка диаграммы направленности на не-
который угол необходимо плоскость равных фаз развер-
нуть на тот же угол. Как известно, для обычных зеркаль-
ных антенн это осуществляется либо поворотом само-
го зеркала, либо смещением облучателя из фокуса, либо
попеременным подключением к общему фидерному трак-
ту облучателей, вынесенных из фокуса на различные
расстояния. Эти способы сканирования можно комбини-
ровать при решении конкретных задач поиска или пелен-
гования.
За последние два десятилетия получили развитие
многозеркальные антенные системы, которые наряду с
другими преимуществами могут обеспечивать увеличе-
ние скорости сканирования. Однако все перечисленные
способы механического сканирования луча ограничены
максимально достижимой скоростью перемещения луча
в пространстве. Она характеризуется временем порядка
5 мкс на отклонение луча на угол, соответствующий
ширине диаграммы антенны. Малая скорость сканиро-
вания не удовлетворяет потребности тактики и логики
полета современных аппаратов, угловая скорость пере-
мещения которых относительно объекта пеленгования,
например на участке посадки, может быть чрезвычайно
высокой.
Добиться значительного увеличения скорости скани-
рования можно лишь с использованием малоинерцион-
ных систем. Такие системы с электрическим сканирова-
нием в последнее время получают все большее и боль-
шее распространение. Это так называемые антенные ре-
шетки, которые представляют собой системы из множе-
ства излучателей, распределение амплитуд и фаз токов
на которых может регулироваться электрически. Поле
излучения такой системы является результатом супер-
позиции полей отдельных элементов. Как правило, ска-
нирование луча в этих решетках осуществляется за
счет управления фазовым распределением на эквива-
лентном раскрыве.
Решетки с управляемым фазовым распределением
токов (полей) на раскрыве принято называть фазиро-
ванными антенными решетками или сокращенно ФАР.
96
Современные ФАР строятся ПО принципам фазового
сканирования (когда распределение фаз на рас-
крыве регулируется с помощью плавных фазовраща-
телей, включенных в линию питания решетки), ком-
мутируемого фазирования (когда распределе-
ние фаз определяется дискретными значениями фаз каж-
дого излучателя за счет коммутации его схем питания)
и частотного сканирования (изменение рас-
пределения фаз по раскрыву за счет изменения рабочей
частоты).
Фазовые решетки так же, как и обычные антенны,
могут быть линейными и поверхностными. Они могут
строиться и по объемному принципу. При этом одно-
мерное сканирование обеспечивается изменением фазы
по раскрыву в одной плоскости, а двухмерное, когда
фаза одновременно или поочередно меняется в двух
плоскостях. Угол наклона луча при линейном распреде-
лении фазы по раскрыву определяется выражением
Хф
cos а =	,
где ф— изменение фазы на единицу длины вдоль оси
линейной решетки;
X — длина волны.
При этом фаза на краях фазового фронта относи-
тельно его середины изменится на величину
где ф — угол наклона луча относительно нормали к. оси
решетки;
0О>5 — ширина диаграммы направленности по уровню
половинной мощности.
Для линейной решетки, состоящей из дискретного
числа излучателей, расположенных эквидистантно, от-
клонение луча а будет определяться из выражения
пХ , Ф
п = 0; ± 1; + 2;.
где d — расстояние между соседними излучателями;
ф — сдвиг фаз между соседними излучателями.
Из приведенных выражений видно, что , чем уже ди-
аграмма направленности по сравнению с сектором ска-
'	97
7 Зак. 137
йированйя луча, тем большее йзМенейие фазы между
смежными излучателями требуется для осуществления
сканирования. Так, при максимальном угле сканирова-
ния луча, равном 30°, и ширине диаграммы направлен*
Рис. 4.17. Зависимость размера эквива-
лентного раскрыва антенны от величины
набега фаз по раскрыву
ности, равной одному градусу, требуется вращение фазы
на конце решетки на 5400°. Это довольно сложная- тех-
ническая задача.
Для случая двухмерного сканирования, которое мо-
жно осуществить с помощью двух- или трехмерной ре-
шетки, углы сканирования по двум направлениям в де-
картовых координатах определяются выражениями:
C0Samax— dx + kdx>
п ПУХ Фу
Поскольку поворот максимума диаграммы направ-
ленности эквивалентен повороту фазового фронта (углы
а', а"), то, как видно из рис. 4.17, длина эквивалентного
фазового фронта х', х" (эквивалентного раскрыва ре-
шетки в соответствующей плоскости сканирования) или
при переходе к случаю двухмерного сканирования пло-
щадь эквивалентного раскрыва будет уменьшаться, а
следовательно, будет уменьшаться и коэффициент уси-
98
ления антенны, то есть диаграмма направленности ре-
шетки с увеличением угла отклонения луча будет од-
новременно расширяться. Таким образом, увеличение
сектора сканирования ФАР связано с потерей коэффи-
циента усиления и ухудшением потенциала линии связи.
Это один из существенных недостатков ФАР. Уменьше-
ние коэффициента усиления пропорционально cos а, по-
скольку эквивалентный раскрыв есть геометрическая
проекция длины раскрыва на направление линии рав-
ных фаз при отклонении луча на угол а.
Минимально необходимое число излучателей при
условии их изотропности и эквидистантном расположе-
нии для обеспечения двухмерного сканирования в телес-
ном угле Q может быть определено с помощью выра-
жения
"raln~ 4u °- в'(5©’5 ’
где G — коэффициент направленного действия;
®о,5’ ®о,5 — ширина диаграмм направленности в двух
плоскостях сканирования.
Из этого выражения видно, что чем уже лепесток ди-
аграммы и чем больше сектор сканирования, тем боль-
шее число излучателей ФАР требуется.
Максимально допустимая частота сканирования ФАР
(£2доп) ограничивается лишь инерционностью электриче-
ской схемы. Это происходит на границе равенства пери-
ода сканирования и времени распространения волны
вдоль решетки и йдоп выражается формулой
О _ ^Ф.пах X2
доп 2u2 L2 sin2 ас *
где (о — рабочая круговая частота;
Афтах—максимально допустимое отклонение фазо-
вого фронта от линейного;
L — длина решетки;
8 — сектор сканирования.
В состав любой ФАР входят следующие части: си-
стема, распределяющая мощность подводимого сигна-
ла между элементами решетин, фазирующая система,
обеспечивающая распределение фазы тока или поля по
раскрыву решетки, и излучающая система, состоящая
99
из множества излучателей, определенным образом рас-
пределенных в пространстве.
ФАР могут быть двух типов: с фидерным питанием
и с пространственным способом запитки. Фидерное пи-
тание (рис. 4.18) может осуществляться по последова-
Рис. 4.18. Схемы питания фазированных антенных решеток:
а — при последовательном соединении излучателей; б — при параллель-
ном соединении излучателей; 1 — излучатели; 2 — фазовращатели
тельной (а) или параллельной (б) схемам запитки.
Встречаются случаи комбинированного питания ФАР.
Пространственный способ возбуждения ФАР заклю-
чается в том, что энергия на ФАР поступает не по фи-
дерным цепям, а от обычного облучателя, какие приме-
няются в зеркальных антеннах. Пример такой ФАР по-
казан на рис. 4.19 для случая размещения ее в носовой
части самолета. Для обеспечения требуемого аэродина-
мического качества и защиты ФАР от набегающего по-
тока они закрываются радиопрозрачными обтекателями.
С учетом искажающего влияния обтекателя подоб-
ные ФАР способны обеспечить следующие характерис-
тики: уровень ослабления боковых лепестков порядка
19 дБ относительно основного лепестка, уровень заднего
излучения 37 дБ, угловые ошибки не хуже 1,0—1,5 мрад,
100
коэффициент усиления 34 дБ. На рис. 4.20 приведены
диаграммы направленности этой ФАР в секторе скани-
рования — по углу а до 60°. Из рис. 4.20 видно, как с
Рис. 4.19. ФАР с пространственным спосо-
бом возбуждения
увеличением угла сканирования искажается диаграмма
направленности и снижается КУ.
ФАР с пространственным способом запитки делятся
на ФАР линзового или рефракционного типа и фазиро-
ванные активные решетки отражательного или рефлек-
торного способа запитки. В первом случае сферический
фронт волны направляется на собирающую решетку, за-
тем энергия волны через систему фазовращателей по
фидерам распределяется между излучателями другой
решетки, которая переизлучает ее в пространство. Та-
кие решетки могут использоваться и на космических ап-
паратах в качестве пассивных или активных ретрансля-
торов.
Второй тип ФАР отличается тем, что сферическая
волна от облучателя перехватывается полотном решет-
ки, затем, пройдя через систему фазовращателей, отра-
зившись назад л пройдя снова через фазовращатели,
101
переизлучается теми же элементами решетки, но уже в
виде плоского фронта волны, ориентированного нужньш
образом. Пример такой отражательной решетки был
дБ >
О •
-70 •
-20 -
-50 •
-40
Рис. 4.20. Изменение формы диаграммы направ-
ленности в секторе сканирования ФАР
приведен на рис. 4.19. Схематическое изображение ре-
шеток этих двух типов дано на рис. 4.21.
Для случаев размещения решеток на летательных
аппаратах излучающие и другие элементы приходится
размещать в соответствии с компоновочно-габаритны-
ми возможностями, то есть перераспределять по поверх-
ности и объему. Это дает известные преимущества, так
как плоскостное построение ФАР имеет ограничение по
предельным секторам сканирования при заданных уро-
внях КУ и ширине луча диаграммы. Расположение ФАР
на криволинейной поверхности обшивки аппарата поз-
воляет расширить пределы сканирования луча. Для того
чтобы обеспечить еще и обзор в двух полусферах или
в большей части сферы, строят кольцевые ФАР или рас-
полагают линейные или криволинейные ФАР с различ-
ных сторон аппарата.
102
Увелйченйе секФора сканирования можно поЛуййтЬ.,
поворачивая плавно или дискретно саму решетку в про-
цессе работы. Это можно делать в тех случаях, когда
идет медленный процесс наведения, пеленгации и т. д.
d
Рис. 4.21. Схемы ФАР с пространственным
способом возбуждения:
а — схема линзового типа; б — схема рефлекторного ти-
па; 1 — первичный облучатель: 2 — сферический фронт
волны первичного излучателя; 3 — принимающие излу-
чатели: 4 — фазовращатели; 5 — псрсизлучающие из-
лучатели; 6 — плоский фронт перензлучснной волны
Рассмотренные антенные решетки отличаются тем,
что сигналы от отдельных излучающих (принимающих)
элементов складываются на общих выходах (входах)
ФАР. Это так называемые аддитивные решетки (от ан-
глийского слова add — складывать, суммировать). В на-
стоящее время разработаны и используются более со-
вершенные методы построения антенных решеток. Это
в первую очередь корреляционный способ.
Суть корреляционных решеток заключается в том,
что специальная логическая схема производит матема-
103
тическую обработку сигналов, поступающих с различ-
ных входов, а именно: операции умножения и усредне-
ния сигналов. В результате получается на выходе такая
же диаграмма направленности, как у обычной аддити-
вной решетки, но с вдвое большим расстоянием между
элементами или с числом излучателей, в два раза мень-
шим, чем у аддитивной ФАР.’ Такая математическая об-
работка эквивалентна сужению диаграммы направлен-
ности ФАР в два раза. Дополнительные возможности
имеются в использовании в качестве излучающих эле-
ментов направленных излучателей. Применение ФАР
позволяет достичь времени сканирования менее 1,0 мкс
при перемещении луча на ширину диаграммы, что в
5000 раз превосходит скорость сканирования существу-
ющих механических сканирующих зеркальных антен-
ных систем.
Таким образом, достаточно высокая скорость скани-
рования, возможность размещения излучателей на лю-
бых поверхностях при объемной компоновке, обеспече-
ние надежной работы при выходе из строя нескольких
элементов схемы делают ФАР весьма перспективными
для применения на летательных аппаратах, в том числе
и на космических.
Глава 5
ОБТЕКАТЕЛИ АНТЕНН ЛЕТАТЕЛЬНЫХ
АППАРАТОВ
§ 5.1. Назначение обтекателей
На современных летательных аппаратах использу-
ется большое число выступающих антенн, а также ан-
тенн, размещенных внутри корпуса носителя, которые
нуждаются в защите от внешних воздействий. Для это-
го служат специальные защитные колпаки обтекаемой
формы, которые получили название обтекателей. Кроме
защиты антенн от внешних воздействий обтекатели
призваны также обеспечивать беспрепятственное про-
хождение электромагнитной энергии излучаемых и при-
нимаемых антеннами радиоволн, то есть должны обла-
дать радиопрозрачностью. Поэтому обтекатели получи-
ли название радиопрозрачных обтекателей.
В этой связи необходимо заметить, что механиче-
ские, аэродинамические и радиотехнические требова-
ния, предъявляемые к радиопрозрачным обтекателям
антенн летательных аппаратов, весьма противоречивы
и для их согласования приходится идти на компромисс,
отдавая предпочтение тому или иному требованию.
Так, с одной стороны, всевозрастающие скорости по-
лета современных аппаратов требуют, чтобы обтекатели
имели хорошую аэродинамическую форму (заостренную,
коническую или оживальную). С другой же стороны,
такая форма ухудшает прохождение радиоволн через
стенку обтекателя, приводит к появлению ошибок в оп-
ределении пеленга. В зависимости от назначения антен-
ной системы бортового устройства к обтекателю предъ-
являются либо повышенные требования по механической
прочности, либо по длительности ресурса работы, либо
по коэффициенту прозрачности.
105
Обтекатели антенн летательных
условно классифицировать по ряду
аппаратов можно
признаков: по при-»
Рис. 5.1. Формы обтекателей:
/ — коническая; 2 — оживальная; 3 — сферическая; 4 — плоская: 5 — спе-
циальная
надлежности к типу летательного аппарата; по типу
бортовой радиоаппаратуры; по диапазону электромаг-
Рис. 5.2. Возможные варианты размещения обтека-
телей:
а — размещение на самолете: 1 — обтекатель антенны РЛС
перехвата и прицеливания; 2, 4 — обтекатели антенн РЛС
навигации, бомбометания: 3 — обтекатель антенны радио-
маяка; 5 — обтекатель РЛС обзора задней полусферы; 3,
7 — обтекатели антенн аппаратуры радиосвязи: 8 — обте-
катель шлейфовой антенны связи; б — размещение на ра-
кете; /—-обтекатель РЛС самонаведения: 2— обтекатели
щелевых антенн радиовзрывателя; 3,	4 — обтекатели
антенн аппаратуры радиоуправления
нитной энергии, используемой бортовой аппаратурой;
по диапазонным свойствам; по конструктивным призна-
кам стенок; по форме; по типу материала и т. д. На
106
0ЙС. 6.1 показаны наиболее распространённые формы
радиопрозрачных обтекателей, а на рис. 5.2 — места раз-
мещения их на современном самолете или ракете.
Как видно из последнего рисунка, в наиболее не-
выгодном положении находятся носовые обтекатели са-
молетных РЛС и ракетных головок самонаведения.
С одной стороны, требования аэродинамики заставляют
применять остроконечные обтекатели вытянутой формы,
а с другой — высокие требования по точности определе-
ния координат цели требуют минимальных искажений,
создаваемых обтекателями. Эти два требования нахо-
дятся в крайнем противоречии, для разрешения которо-
го требуется решение многих, задач, касающихся и кон-
струкции обтекателя, и логики работы бортового обору-
дования, и свойств антенны*.
§ 5.2. Влияние обтекателей на прохождение радиоволн
Обтекатель в идеальном случае не должен вносить
искажений в поле электромагнитной волны, излучаемой
или принимаемой антенной, находящейся в его полости.
Однако диэлектрическая стенка обтекателя обладает
рядом неоднородностей и в силу этого вносит искаже-
ния в параметры проходящей волны: фазовые и ампли-
тудные [7].
Неоднородности стенок могут быть двух видов: ге-
ометрические и физические. Первые выражаются в том,
что стенки обтекателей, как правило, криволинейные и
каждый элементарный участок фронта волны, проходя-
щей через обтекатель, пересекает стенку под своим
углом падения, чем определяются преломляющие свой-
ства стенки. Вторые выражаются в том, что материал
стенки в той или иной степени неоднороден.
Кроме этих естественных неоднородностей имеют
место неоднородности из-за несовершенства техноло-
гии изготовления обтекателей, изменения свойств сте-
нок под влиянием внешних воздействий в процессе экс-
плуатации и другие.
Если применяется обтекатель с малой кривизной,
когда углы падения лучей не превышают 30°, стенку об-
текателя можно в первом приближении рассматривать
как плоскую. При падении волны на плоскую стенку
107
часть энергии отражается в обратном направлении, а
остальная часть проходит внутрь стенки. На следующей
границе стенки со свободным пространством часть про-
шедшей внутрь стенки энергии проходит сквозь нее, а
остальная часть отражается внутрь стенки.
Эта часть меняет свою фазу на 180° и, дойдя до пе-
редней стенки, снова частично отразится назад с пово-
ротом фазы на 180°, а остальная часть проходит в сво-
бодное пространство. При толщине стенки, кратной не-
четному числу четвертей длины волны в диэлектрике,
волны, отраженные от передней и задней стенки, будут
находиться в фазе и, следовательно, величина отраже-
ния от такой стенки будет максимальной.
При толщине же стенки, кратной четному числу
четвертей длин волн в диэлектрике, волны, отраженные
от передней и задней границ стенки, будут в противо-
фазе и, следовательно, отражения от стенки обтекателя
будут отсутствовать.
Геометрическая толщина стенки в этом случае рас-
считывается по формуле
<3.1)
где d — геометрическая толщина стенки обтекателя;
п — целое число (0, 1, 2 ...);
X — длина волны в свободном пространстве;
е — диэлектрическая проницаемость материала
стенки.
В случае п = 0 прохождение энергии волны также
будет полным. Это крайний случай, когда стенка обте-
кателя бесконечно тонкая. На практике достаточно бы-
вает, чтобы толщина стенки была равна 0,05—0,1 дли-
ны волны в свободном пространстве. Обтекатели с таки-
ми стенками называются тонкостенными. Очевидно, что
тонкостенные обтекатели по соображениям механиче-
ской прочности целесообразно использовать в более
длинноволновых диапазонах.
Практически потери энергии происходят не только
за счет энергии рассеяния. Потери зависят также от ма-
териала стенки и характеризуются коэффициентом tgfc.
Материалы, применяемые в качестве исходных для по-
строения стенок обтекателей, имеют tg 5 = 0,01—0,0001.
108
На рис. 6.3 приведена серия кривых, которые позво-
ляют составить наглядное представление о зависимости
прохождения энергии волн от свойств материала (tg 3)
Рис. 5.3. Зависимость коэффициента прохождения
волны по мощности от толщины стенки обтекателя
и величины tg В
и от толщины стенки. Из него видно, что максимальное
прохождение по мощности соответствует отношению
d/X6=0,5, а минимальное равно 0,25.
Остроконечные обтекатели, для которых углы паде-
ния энергии волны 0 при сканировании антенны значи-
109
тельно больше 30°, вызывают гораздо большие искаже-
ния проходящей волны, нежели рассмотренные выше.
Толщина стенки для такого обтекателя может быть рас-
считана по формуле
2 е — sin2 0
Рис. 5.4. Искажение фронта волны,
проходящей через обтекатель
Поскольку угол при сканировании антенны может
меняться практически от 0 до 90°, то для расчета обте-
кателя берется то значение, которое чаще всего встреча-
ется в процессе сканирования. Этот угол называется уг-
лом согласования обтекателя. Распределение углов па-
дения энергии волны на стенку можно определить для
каждого угла поворота антенны аант относительно про-
дольной оси чисто графически (рис. 5.4).
Для остроконечных обтекателей характерны фазовые
искажения фронта проходящей волны.
ПО
Изменение набега фазы для каждого участка фрон-
та волны будет различным за счет прохождения в мате-
риале стенки обтекателя. Следовательно, если на стен-
ку остроконечного обтекателя падает плоская волна,
фаза каждого участка фронта которой (А—А) не от-
личается от фаз других участков, то после прохождения
стенки обтекателя фазовый фронт волны будет иска-
женным (В—В).
Искажение фазового фронта приводит к искажению
формы диаграммы направленности. Это искажение мо-
жет выражаться в расширении или сужении главного
лепестка диаграммы направленности, отклонении на-
правления главного максимума от первоначального,
росте боковых лепестков и т. д.
С радиотехнической точки зрения оптимальным об-
текателем является обтекатель полусферической формы
с антенной минимального размера, расположенной в
его центре. Но даже такой обтекатель будет вносить
искажения из-за неоднородностей материала, произ-
водственных допусков на толщину стенки, влияния вне-
шней среды [7,9].
§ 5.3. Основные параметры обтекателей
Доля энергии, теряемой в обтекателях за счет отра-
жения и рассеяния -в пределах рабочих углов сканиро-
вания антенны, достигает практически 10—40%. Эффек-
тивность обтекателя в процентах оценивается по фор-
муле
75 = -^ 100,	(5.3)
где т] — коэффициент прохождения;
Pi — мощность, излучаемая или принимаемая ан-
тенной при наличии обтекателя;
Р2 — мощность, излучаемая или принимаемая ан-
тенной без обтекателя.
Уменьшение мощности сигнала за счет влияния об-
текателя приводит к снижению дальности действия
бортовой радиоаппаратуры. Расчетным путем получить
точное значение этой величины очень затруднительно
из-за влияния различных конструктивных, технологиче-
ских и других факторов, таких, как размещение на по-
111
верхности обтекателя различных металлических пред-
метов (датчики, провоза крепления и т. д.), неоднород-
ность стенки из-за несовершенства технологии, измене-
ния углов падения при сканировании антенны и т. д.
Рис. 5.5. Установка для измерения параметров обтекателя:
1 — передающая антенна; 2 — приемная антенна: 3 — обтекатель: 4 — по-
воротное устройство
Более точное определение значения коэффициента
прохождения производится на специальных стендах. На
рис. 5.5 показан один из стендов, на котором прово-
дятся измерения радиотехнических параметров обтекате-
лей. Передающая часть стенда состоит из передающего
рупора с соответствующим радиотехническим оборудо-
ванием. Приемная часть стенда состоит из поворотного
устройства, на котором, размещены обтекатель и прием-
ная антенна. С помощью поворотного устройства обте-
катель может поворачиваться в азимутальной плоскости
относительно приемной антенны, а также вокруг своей
строительной оси. По индикатору, который соединен че-
рез детекторную секцию с приемной антенной, произ-
водится замер уровня принимаемого сигнала.
Зависимость = f (ааНт), снятая на таком стенде, по-
казана на рис. 5.6. Провал кривой коэффициента про-
хождения в осевом направлении объясняется большим
разбросом углов падения электромагнитной энергии на
стенку обтекателя. На больших углах ааНт разброс углов
падения уменьшается. Кроме того, значение велц-
112
чин углов падения здесь вообще меньше, что обеспечи-
вает более высокий уровень коэффициента прохожде-
ния.
Как уже отмечалось выше, при прохождении элек-
тромагнитной энергии через стенку обтекателя появля-
ются фазовые искажения фронта волны, что в свою оче-
Рис. 5.6. Зависимость коэффициента прохожде-
ния стенки обтекателя от угла отворота антенны
от осевого направления
редь приводит к появлению угловых ошибок в опреде-
лении пеленга цели. В общем случае угловые ошибки
появляются при угловом смещении в пространстве мак-
симума диаграммы направленности или при угловых
смещениях равносигнального направления.
На рис. 5.7 показан механизм возникновения угло-
вых ошибок при определении пеленга цели. Показанный
на этом рисунке угол Д между истинным и ложным на-
правлением на цель и называется угловой ошибкой.
Угловые ошибки появляются вообще при любых ис-
кажениях диаграммы направленности, возникающих
из-за обтекателя. Эти искажения в основном определя-
ются формой и конструктивными особенностями обтека-
теля, а также электрическими характеристиками и не-
однородностью материала его стенок.
При пеленгации цели методом равносигнальной зоны
угловые ошибки появляются главным образом за счет
пространственного отклонения уровня максимального
излучения, а также за счет изменения высоты одного
лепестка диаграммы направленности по сравнению с
другим или за счет изменения формы лепестков.
113
При пеленгации цели по максимуму диаграммы уг-
ловые ошибки появляются за счет пространственного
отклонения уровня максимального излучения диаграмм
Рис. 5.7. Угловые ошибки при опре-
делении пеленга цели, появляющиеся
за счет обтекателя:
а — по максимуму диаграммы направ-
ленности; б — по равносигнальному на-
правлению
На рис. 5.8 показаны основные причины появления
угловых ошибок при пеленгации цели методом создания
равносигнальной зоны. Для наглядности лепестки диаг-
раммы направленности изображены в прямоугольных
114
кборДййатах, прйчем сплошной линией показаны Лейё-
стки диаграммы направленности антенны, работающей
----Нормальный
луч
—Искаженный
луч
Л*а-а9
a
Рис. 6.8. Причины появления угло-
ьых ошибок при определении пелен-
га:
а — пространственное смещение одного
из лепестков диаграммы направленности;
б искажение формы одного из лепест-
ков диаграммы направленности; в — не-
равномерное снижение коэффициента про-
хождения для обоих лепестков диаграм-
мы
без обтекателя, а штриховой — лепестки диаграммы
направленности антенны, искаженные за счет обтека-
телях
115
Очевидно, «Изменение й искажение уровней лейёсткой
диаграммы направленности и величина угловых оши-
бок, возникающих за счет этого, будут тем больше, чем
Рис. 5.9. Влияние пространственного разноса лепестков диаграммы
направленности антенны, закрытой обтекателем, на величину угло-
вой ошибки определения пеленга:
а — малый разнос; б — большой разнос
№
больше разнос лепестков диаграммы направленности
в пространстве. При этом ослабление одного лепестка
будет отличаться от ослабления другого, в результате
чего равносигнальное направление сместится в сторону
более ослабленного лепестка диаграммы направлен-
ности. На рис. 5.9 схематически показаны случаи ма-
лого (а) и большого (б) разноса лепестков.
116
При выборе обтекателя необходимо заботиться йё
только о том, чтобы получить обтекатель с максималь-
ной прозрачностью, но и о том, чтобы кривая iq=f (аант)
была как можно более равномерной, то есть чтобы кру-
тизна ее была по возможности меньше.
Рис. 5.10. Зависимость угловой ошибки оп-
ределения пеленга от угла отворота антенны
для остроконечного обтекателя
Надо отметить, что причинами появления угловых
ошибок из-за обтекателя являются также различные ди-
фракционные явления, появление вторичных и поверх-
ностных волн, многократные отражения электромагнит-
ной энергии между поверхностью обтекателя и раскры-
вом антенны. Однако роль этих явлений в появлении
угловых ошибок незначительна.
Угловые ошибки, вносимые обтекателями, определя-
ются на тех же стендах, что и коэффициент прохожде-
ния. На рис. 5.10 показана зависимость угловой ошиб-
ки Д от угла отклонения антенны аант для остроконеч-
ного обтекателя, определенная по методу равносигналь-
ной зоны.
Значение угловой ошибки, а также скорость ее из-
менения (по величине и знаку) при сканировании луча
имеют большое значение в процессе наведения и слеже-
ния за целью. Согласование этих величин со степенью
инерционности бортового оборудования самолетов и ра-
117
кёт определяет качество й надежность работы КойтурЗ
наведения и самонаведения в целом.
Существует много способов уменьшения угловых
ошибок, создаваемых обтекателями [7]. Для этого при-
меняются специальные компенсаторы, которые вводятся
Рис. 5.11. Виды компенсации угловых
ошибок, вносимых обтекателями:
а — проточки и наклейки; б — диэлектриче-
ская компенсирующая вставка
в полость обтекателя, либо стенка самого обтекателя
дорабатывается таким образом, чтобы при сканирова-
нии луча угловые ошибки не выходили за допустимые
пределы. На рис. 5.11 показаны способы компенсации
угловых ошибок обтекателей остроконечной формы, при-
меняемые в настоящее время.
§ 5.4. Конструкция обтекателей и применяемые в них
материалы
Обтекатели антенн современных летательных аппа-
ратов обеспечивают выполнение бортовой электронной
аппаратурой самых разнообразных задач. Поэтому их
конструкция должна оптимальным образом учитывать
решение основной задачи, поставленной перед бортовой
аппаратурой и всем летательным аппаратом в целом.
Так, например, от обтекателей, устанавливаемых на са-
молетах гражданской авиации, в первую очередь тре-
118
буется обеспечение безаварийной и надежной работы
соответствующего электронного оборудования в течение
длительного времени. Обтекатели антенн РЛГС, уста-
навливаемые на ракетах, должны быть конструктивно
выполнены так, чтобы обеспечить высокую радиопро-
зрачность и оптимальные пеленгационные характери-
стики при сохранении своих прочностных свойств в усло-
виях воздействия значительных аэродинамических сил
и аэродинамического нагрева с большим градиентом
температур в течение сравнительно небольшого отрезка
времени, исчисляемого минутами или секундами.
Создателям летательного аппарата в целом и соз-
дателям обтекателей в частности иногда приходится
идти на компромисс ради выполнения главной задачи,
поставленной перед данным • летательным аппаратом.
Для примера на рис. 5.12, а показан самолет типа
«Боинг» с установленным над фюзеляжем крупногаба-
ритным обтекателем, в котором размещены антенна
РЛС дальнего обнаружения и антенна системы опозна-
вания. На рис. 5.12, б показана конструкция этого об-
текателя с антеннами.
Ясно, что обтекатель таких больших размеров, не-
смотря на то что ему придали по возможности прием-
лемую форму, неизбежно создаст большое дополнитель-
ное лобовое сопротивление набегающему потоку воздуха
и вследствие этого заметно снизится скорость самолета-
носителя. Однако создателям этой системы пришлось
пойти на это ради выигрыша в дальности действия РЛС,
установленной на этом самолете.
Наиболее простой и распространенной конструкцией
стенки обтекателя является однослойная (монолитная)
стенка. Она наиболее технологична в производстве. Од-
нослойные стенки для обеспечения высокой радиопро-
зрачности обтекателя, ка<к уже отмечалось, должны
иметь полуволновую толщину или же быть тонкостен-
ными. Полуволновые стенки используются в основном в
сантиметровом диапазоне волн для носовых обтекателей
ракет и самолетов, где требуется высокая механическая
прочность. Тонкостенные обтекатели в этом диапазоне
по соображениям механической прочности можно уста-
навливать только под фюзеляжем или в других местах,
где нет прямого воздействия больших аэродинамиче-
ских нагрузок от набегающего потока. Однако при необ-
119
ходимости механическую прочность и жесткость таких
обтекателей можно обеспечить металлическим каркасом.
Рис. 5.12. Самолетная система дальнего обнару-
жения:
а — самолет «Боинг-ЗА» с обтекателем РЛС системы
дальнего обнаружения: б — конструкция антенной си-
стемы с обтекателем: 1 — антенна РЛС обнаружения;
2 — обтекатель антенны РЛС; 3 — центральная силовая
секция; 4 — поворотно-вращающееся соединение; 5 — об-
текатель антенны системы опознавания; 6 — антенна си-
стемы опознавания
Очевидно, что в такой конструкции механический кар-
кас будет частично экранировать проходящую через об-
текатель электромагнитную энергию. По этой причине
120
конструкция каркаса должна выбираться с учетом обес-
печения необходимой радиопрозрачности обтекателя.
. Из вышеизложенного ясно, что тонкостенные обтека-
тели целесообразно применять в более длинноволновом
диапазоне, где толщина стенки будет обеспечивать не-
обходимую механическую прочность.
Рис. 5.13. Варианты многослойных об-
Однослойные обтекатели при всех достоинствах (про-
стоте изготовления, однородности, механической проч-
ности и т. д.) обладают одним довольно существен-
ным недостатком, а именно недостаточной диапазонно-
стью (не более 3—4%). В тех случаях, когда требуется
работа обтекателя в более широкой полосе частот, ис-
пользуются обтекатели с многослойными стенками
(рис. 5.13). Увеличение диапазонное™ обтекателей при
использовании многослойной конструкции стенки можно
пояснить с помощью следующей аналогии: однослойная
стенка ведет себя подобно одиночному контуру, коэффи-
циент передачи которого зависит от настройки его в ре-
зонанс (для обтекателя — от соотношения между тол-
щиной стенки и длиной волны); многослойная же стенка
ведет себя как связанная система с несколькими ча-
стными резонансами. Эти частные резонансы зависят от
настроек каждого контура в отдельности и от коэффи-
циентов связи между взаимно связанными контурами
и системами контуров (для обтекателя — от размеров
отдельных слоев, их взаимного расположения и пара-
метров материала стенки).
Обтекатели, устанавливаемые на современных лета-
тельных аппаратах, должны выдерживать те же аэроди-
намические нагрузки и все другие воздействия, которые
действуют на весь летательный аппарат в целом, и при
121
StoM сохранять в определенных пределах требуемые ра*
диотехнические параметры.
Следовательно, диэлектрические материалы, приме-
няемые для изготовления антенных обтекателей, должны
обладать свойствами, необходимыми для обеспечения
безотказной работы этих обтекателей во всех условиях
эксплуатации летательного аппарата.
При выборе диэлектрического материала для созда-
ния обтекателя необходимо прежде всего учитывать ус-
ловия, в которых он будет эксплуатироваться. Особое
внимание следует обратить на стабильность электриче-
ских и прочностных характеристик этого материала в
рабочем диапазоне температур. Для изготовления обте-
кателей антенн летательных аппаратов вначале исполь-
зовали различные пластмассы (метакрилат, полистирол,
политен и др.), а на самом раннем этапе (1941 г.) даже
пропитанную специальным составом фанеру. Эти мате-
риалы имели серьезные недостатки: их прочностные и
электрические характеристики заметно ухудшались уже
при сравнительно низких температурах. Позднее все эти
материалы были вытеснены стеклопластиками.
Стеклопластиковые обтекатели устанавливались на
самолетах еще во время 2-й мировой войны. Однако и
в настоящее время благодаря своей высокой механиче-
ской прочности, хорошим электрическим свойствам и
технологичности стеклопластики все еще продолжают
оставаться основным материалом для изготовления ан-
тенных обтекателей.
Стеклопластики имеют „высокую прочность при срав-
нительно хороших электрических характеристиках. Уде-
льная прочность стеклопластиков, то есть прочность, от-
несенная к удельной массе, часто даже превышает уде-
льную прочность таких материалов, как сталь, дюралю-
миний и титан. Кроме того, стеклопластики хорошо
выдерживают ударные и динамические нагрузки и обла-
дают хорошей демпфирующей способностью, что осо-
бенно важно для материалов, используемых в авиации.
Предел прочности стеклопластиков при изгибе достигает
величины более 5000 кгс/см2. Однако при сжатии
(особенно вдоль слоев) стеклопластик имеет значи-
тельно меньший предел прочности. Диэлектрическая
проницаемость е.стеклопластиков в зависимости от со-
ставляющих компонентов и методов изготовления колеб-
122
лется в пределах отJ3 до 5., а тангенс угла ,диэлектри-
чёских потерь"обычно не пр ев ы щ а ет 0,03.
' Использование стеклопластиковых материалов для
современных обтекателей сверхзвуковых и гиперзвуко-
вых летательных аппаратов ограничено главным обра-
Рис. 5.14. Остро- Рис. 5.15. Крепление обтекателя к корпу-
конечный обтека-	су носителя:
тель С металличе- / — обтекатель: 2 — крепежные замки: 3 — фин-
ским Крепежным	сирующая штанга; 4 — уплотняющее кольцо
кольцом у осно-
вания
зом нестабильностью электрических характеристик этих
материалов при нагреве. В настоящее время для обтека-
телей сверхзвуковых и гипёрзвуковых летательных ап-
паратов считается перспективным использование кера-
мических материалов.
Первыми обтекателями из керамических материалов
были обтекатели, изготовленные из материалов на ос-
нове окиси алюминия и из стеклокристаллических мате-
риалов (ситаллов).В настоящее время начинают широко
применяться материалы на основе плавленого кварца,
а также ряд других керамических материалов, напри-
мер нитрид бора и нитрид кремния.
Г-лавным достоинством керамических материалов,
благодаря которому они используются для обтекателей
антенн сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных ап-
паратов, является очень высокая стабильность их элек-
123
трических характеристик (е и tgS) в рабочем диапазоне
температур. Это заставляет мириться с рядом недостат-
ков этих материалов, например с их хрупкостью. Кера-
мические обтекатели обладают очень небольшим значе-
нием тангенса угла диэлектрических потерь. У некото-
рых марок керамических материалов значение tgS дости-
гает величин порядка 0,0001. Благодаря этому керами-
ческие обтекатели обладают очень хорошей радиопро-
зрачностью. Диэлектрическая проницаемость этих
материалов находится в пределах 3—9.
Обтекатели обычно соединяются с металлическим
корпусом летательного аппарата с помощью переход-
ных металлических колец, которые являются частью
конструкции обтекателя (рис. 5.14). Иногда обтека-
тели присоединяются к корпусу летательного аппарата
с помощью специальных замков или других крепежных
соединений (рис. 5.15). Последний способ обычно
используется в авиации.
§ 5.5. Обтекатели инфракрасных и лазерных систем
Инфракрасная техника в настоящее время нашла
широкое применение.
Обтекатели инфракрасных систем обычно выпол-
няются пирамидальными или сферическими, так как
эти формы обеспечивают минимальные искажения изо-
бражения цели (то есть теплового пятна) независимо
от угла падения инфракрасной энергии по отношению
к оси обтекателя. Пирамидальные обтекатели обычно
изготавливаются из плоскопараллельных пластин,
закрепленных в пространственном каркасе или просто
склеенных между собой оптическим клеем.
Первый способ соединения пластин обеспечивает
более высокую прочность обтекателя, хотя заметно
ухудшается пропускание и появляются помехи вслед-
ствие нарушения однородности проходящего инфра-
красного излучения. Борьба с этими помехами приво-
дит к усложнению инфракрасной аппаратуры со всеми
вытекающими отсюда последствиями.
Второй способ соединения пластин с помощью
склейки является более выгодным с оптической точки
зрения. Примером такой конструкции является обте-
катель инфракрасной головки самонаведения ракеты
124
«Файрстрик» класса «воздух — воздух» (рис. 5.16).
Обтекатель выполнен в виде восьмигранной пирамиды
из тонких треугольных пластин. Качество подобных
обтекателей существенно зависит от свойств применяе-
Рис. 5.16. Пирамидальный обтекатель ИК головки
мого клея, характеристики которого должны быть по
возможности близки к характеристикам применяемого
оптического материала.
Сферическая форма обтекателя по сравнению с
пирамидальной более приемлема с оптической точки
зрения, но менее выгодна по аэродинамическим сооб-
ражениям вследствие возникающего большого лобо-
вого сопротивления, в результате которого возрастает
величина инфракрасного излучения в сторону индика-
тора от сильно нагретой поверхности обтекателя. При-
мером инфракрасного обтекателя сферической формы
является обтекатель головки самонаведения ракеты
«Сайдуиндер» класса «воздух — воздух». На рис. 5.17
показана оптическая схема этой головки самонаведе-
ния совместно с обтекателем.
Чтобы обеспечивать заданную дальность и точность
наведения на цель, обтекатели, работающие в таких
инфракрасных системах наведения, должны как можно
меньше поглощать, рассеивать и вносить искажения в
проходящий через них поток инфракрасной энергии.
Материалы, используемые при изготовлении обтека-
телей инфракрасных систем, в первую очередь должны
125
пропускать инфракрасную энергию с минимальными
потерями в рабочем диапазоне длин волн. Эти мате-
риалы также должны быть изотропными и обладать
минимальным лучепреломлением. Так как потери на
Рис. 5.17. Оптическая схема ИК головки ракеты «Сайдуиндер»
со сферическим обтекателем:
1 — сферический обтекатель; 2 — параболическое зеркало; 3 — плоское
зеркало: 4 — приемник; 5 — растровое устройство: 6 — усилитель; 7 — сер-
вомотору
отражение зависят от коэффициента преломления
материала, то для изготовления инфракрасных обтека-
телей необходимо использовать материалы с неболь-
шими значениями этого коэффициента — от 1,3 до 4.
Кроме того, эти материалы должны обладать высокой
теплопроводностью, теплоемкостью и излучательной
способностью. Это необходимо, чтобы при скоростном
полете летательного аппарата в плотных слоях атмо-
сферы поверхность обтекателя не перегревалась до
очень высоких температур, при которых мощность соб-
ственного излучения обтекателя может создать значи-
тельные помехи или даже совсем «ослепить» инфра-
красную систему самонаведения.
В настоящее время в самых различных областях
науки и техники все большее распространение находят
лазеры. Они обладают способностью формировать
излучаемую ими энергию в виде узконаправленного
пучка, заключенного в очень узкий телесный угол.
Расходимость излучаемого пучка энергии для газовых
лазеров составляет всего несколько десятых миллира-
диана, а для твердотельных — несколько миллирадиан.
Благодаря этому в лазерном излучении концентри-
126
руются очень высокие плотности энергии по сравнению
с другими источниками энергии (радиолокационными,
инфракрасными и т. д.), у которых энергия излучается
в очень широких телесных углах. Например, мощность
лазеров при работе в импульсном режиме достигает
величин порядка 1012—1013 Вт. Такие мощные импульсы
энергии способны за очень короткое время испарить
поверхность даже самых термостойких материалов.
За рубежом лазерные системы стали широко
использоваться на летательных аппаратах (на само-
летах, ракетах, космических аппаратах), в системах
связи, навигации, дальнометрии, пеленгации, разведки,
прицеливания и т. д., где они работают совместно с
радиолокационной аппаратурой или даже заменяют ее
полностью.
Особенности лазерного излучения определяют появ-
ление нового типа обтекателей, устанавливаемых на
летательных аппаратах в лазерных системах различ-
ного назначения. Лазерные обтекатели, так же как и
другие обтекатели, могут иметь самую различную
форму и конструкцию в зависимости от назначения и
типа защищаемой ими бортовой лазерной аппаратуры.
Согласно действующей классификации (по диапа-
зону электромагнитной энергии, используемой борто-
вой аппаратурой) эти обтекатели можно отнести к
обтекателям инфракрасного диапазона, так как лазеры
работают в основном в этом диапазоне.
Кроме общих требований, предъявляемых ко всем
обтекателям летательных аппаратов, к лазерным обте-
кателям предъявляется еще ряд особых требований,
связанных в первую очередь с воздействием на их по-
верхность и объем стенки очень высокого уровня энер-
гии, излучаемой бортовым лазером, которая в опреде-
ленных условиях может даже разрушить стенку обте-
кателя. Поэтому лазерные обтекатели должны быть
очень стойкими к воздействию проходящего через них
лазерного излучения большой мощности. Это требова-
ние в равной мере относится и к материалу, из кото-
рого сделан обтекатель, к покрытиям, нанесенным на
его -поверхность, а также к отдельным элементам его
конструкции (например, к клеевым швам).
Мощное лазерное излучение может вызвать оплав-
ление или растрескивание поверхности обтекателя и
127
Появление различных дефектов в его стенке. Появление
таких дефектов на поверхности стенки обтекателя или
внутри ее приводит к рассеянию и искажениям прохо-
дящего через нее лазерного излучения. Эти явления
Рис. 5.18. Вертолет AH-1G (США) с лазерной
системой наведения на цель
могут существенно повлиять на параметры бортовой
лазерной аппаратуры, например уменьшить ее даль-
ность действия. Кроме того, надо иметь в виду, что при
сканировании лазерного луча высокой интенсивности
может возникнуть опасность поражения отраженным
лучом соседних бортовых приборов и обслуживающего
персонала. Все это необходимо учитывать при созда-
нии лазерных обтекателей.
За рубежом интенсивно ведутся работы по созда-
нию лазерных обтекателей летательных аппаратов.
Например, сообщается о ракете «Хеллфайр» с лазер-
ной системой наведения на цель. На рис. 5.18 показан
128
вертолет ЛН-IG с шестью такими ракетами, на кото-
рыл размещены лазерные обтекатели сферической
формы, защищающие лазерные головки самонаведения.
Оптический квантовый генератор (лазер-целеуказа-
тель), являющийся источником лазерного излучения,
необходимого для подсветки цели, установлен в перед-
ней части вертолета и также защищен сферическим
лазерным обтекателем.
В зависимости от типа используемого излучателя
лазеры работают на различных длинах волн. Поэтому
очевидно, что для обтекателя каждого конкретного
прибора при прочих равных условиях должен быть
выбран материал с минимальным поглощением энергии
на рабочей длине волны этого лазера [16].
9 Зак. 137
Глава 6
АНТЕННЫЕ УСТРОЙСТВА КОСМИЧЕСКИХ
АППАРАТОВ
§ 6.1. Некоторые проблемы связи с космическими
аппаратами
Развитие космической техники на современном этапе
сопровождается бурным развитием научных методов
и технических средств связи в космосе. Каждый новый
успех в космосе, каждый новый полет к далеким пла-
нетам солнечной системы, приоткрывая завесы тайн
мироздания, ставит перед специалистами новые задачи
по разработке более совершенных и надежных средств
связи.
Своеобразие организации связи в космосе состоит
в том, что в отличие от наземных линий связи косми-
ческие трассы исчисляются не десятками, сотнями и
тысячами километров, а единицами, десятками, сот-
нями миллионов километров. Достаточно сказать, что
время распространения радиосигналов от космических
аппаратов, находящихся в районах ближайших к Земле
планет—Венеры, Марса и других, до поверхности
Земли составляют единицы и десятки минут, что в
сотни тысяч и в миллионы раз превышает время рас-
пространения сигналов между пунктами связи на Земле.
Это, безусловно, накладывает ограничения на воз-
можность управления космическим аппаратом на рас-
стоянии и налагает весьма жесткие требования на
системы связи, установленные на борту космического
аппарата. Другой особенностью радиосвязи с косми-
ческим аппаратом, также связанной с огромными про-
тяженностями космических трасс, является весьма
малый уровень принимаемых сигналов. Действительно,
сигнал с поверхности планеты Венера, проходя в тече-
130
ние четырех минут расстояние около 80 млн. км, ослаб-
ляется пропорционально квадрату расстояния, при
этом на видимую со стороны Венеры поверхность
Земли приходится лишь порядка миллионной части
энергии, посланной антенной системой космического
аппарата. На долю же, например, приемной антенной
системы дальней космической связи, содержащей
8 параболических антенн диаметром 16 м каждая,
придется всего одна десятимиллиардная часть этой
крохотной доли энергии. Таким образом, ослабление
сигнала при прохождении трассы «антенна космиче-
ского аппарата в районе Венеры — космос — антенна
наземной станции приема» составит 1016 раз.
В такой ситуации для обеспечения надежной и
качественной связи потребуется выполнить следующие
условия:
— максимально	возможное	усиление	бортовых
антенн в направлении на Землю;
—	максимальный	уровень	мощности	бортового
передающего устройства;
—	максимальное	усиление	наземных	приемных
антенных устройств;
— максимальную чувствительность наземного при-
емного устройства.
Каждое из этих условий представляет довольно
сложную проблему [6]: Эти условия должны определен-
ным образом учитываться при решении вопроса о
выборе схемы построения антенной системы, логики
ее работы на различных участках траектории полета
и конструкции отдельных элементов и узлов антенной
системы космического аппарата.
Энергетические возможности линии связи «космос—
Земля» во многом определяются тем, насколько удачно
выбрана антенная система. Многообразие типов косми-
ческих аппаратов порождает многообразие типов антен-
ных систем. И не случайно в отличие от общепринятых
классификаций антенн для самолетов, вертолетов и
ракет по различным конструктивным и радиотехниче-
ским признакам для антенн космических аппаратов
более предпочтительна классификация по принадлеж-
ности к тому или иному типу носителя:
— антенны орбитальных аппаратов;
антенны посадочных аппаратов;
9*
131
— антенны инопланетных самодвижущихся уста-
новок и т. д.
В соответствии с этим делением и будут рассматри-
ваться антенные устройства космических аппаратов в
последующих параграфах.
§ 6.2. Особенности конструкций антенн космических
аппаратов
Многоступенчатая схема построения современных
космических аппаратов, включающая разгонные, дораз-
гонные ступени носителей и собственно космические
аппараты, которые состоят из орбитальных (траектор-
ных) аппаратов (блоков) и спускаемых (посадочных,
возвращаемых и др.) аппаратов, оснащенных аппара-
турой управления, связи, телеметрии, телевидения и
др., обеспечивает выполнение большого комплекса
задач в различных ситуациях полета.
Антенные системы, конструктивно входящие в на-
званные блоки космического аппарата, отличаются друг
от друга как по своим задачам, так и конструктивно.
Антенны космических аппаратов должны отвечать сле-
дующим требованиям:
—	обеспечивать заданные электрические харак-
теристики;
—	быть работоспособными в условиях воздействия
реальной космической среды;
—	соответствовать условиям, налагаемым габарит-
но-массовыми и компоновочными ограничениями.
Антенны космических аппаратов должны быть лег-
кими, прочными, мобильными и высокоэффективными
по электрическим характеристикам. В настоящее время
в космосе применяются рабочие частоты СМ, ДМ и
метрового диапазонов. С учетом возможных простран-
ственных эволюций космического аппарата для обес-
печения устойчивой связи в большинстве случаев
используется эллиптическая поляризация поля излуче-
ния.
Перечисленные выше признаки и требования нало-
жили отпечаток на выбор типов и конструктивные осо-
бенности антенн космических аппаратов. Во-первых,
поскольку антенны космических аппаратов должны
обеспечивать связь с Землей как в условиЯ/Х нормаль-
ной работы, так и в аварийных ситуациях, то даже для
132
случая пространственно-ориентированных объектов, как
правило, на борту применяются антенны с эллиптиче-
ской либо хаотической (смешанной) поляризацией.
Последняя означает, что при любом положении объекта
в пространстве приходящий на Землю сигнал содержит
как горизонтальную, так и вертикальную составляю-
щие вектора поля. В связи с этим излучатели антенн
чаще всего представляют собой модификации плоских
или пространственных спиралей либо комбинации
штыревых, щелевых и других вибраторных излуча-
телей.
Для обеспечения требуемых полей зрения антенн
космических аппаратов они обычно выносятся на спе-
циальных складывающихся или раздвижных штангах.
Иногда и сами антенны выполнены в виде расклады-
вающихся, развертывающихся, надувных и прочих
конструкций.
Условия разреженной среды в космосе, возмож-
ность аэродинамического нагрева при входе в плотные
слои и связанное с этим появление плазменного облака,
различные газовые составы в атмосферах планет,
пылевые буривсе это усугубляет возможность воз-
никновения коронообразования на излучающих поверх-
ностях антенн и на отдельных частях самого аппа-
рата. Поэтому передающие антенны космических аппа-
ратов зачастую защищают диэлектрическими кожу-
хами или специальными покрытиями, предохраняю-
щими антенну от появления короны, а также препят-
ствующими излишнему притоку тепла от антенны по
металлическим частям фидерных линий в приборные
отсеки аппарата.
На спутниках связи и пилотируемых космических
аппаратах могут быть установлены пассивные ретранс-
ляторы. В качестве их используются сферы, уголко-
вые отражатели, ленточные отражатели в виде облака
диполей из легкой фольги и всевозможные другие
тела. Некоторые из таких отражателей-ретрансляторов
приведены на рис. 6.1. Например, по проекту «Ри-
баунт» (в пер. с англ, рикошет. — Ред.) в качестве
пассивных ретрансляторов использовались 12 надув-
ных металлизированных баллонов диаметром около
41 м, выведенных на орбиту около Земли. Эффектив-
ность различных пассивных отражателей определяется
133
их формой, свойствами поверхности отражателя и дли-
ной волны. Для сравнения в таблице приведены харак-
теристики некоторых пассивных отражателей.
Рис. 6.1. Отражатели для спутников-ретрансляторов:
пассивные: а — надувной шар, б — уголковый отражатель; в —
плоский отражатель; г — конгломерат отражателей; д — ци-
линдр двойной кривизны; е — в виде блюдца; ж — облако ди-
полей; з — сфера из фольги; активные: а — неориентированный
псевдоизотропный отражатель; б — ретранслятор с торообраз-
ным излучателем, стабилизированный вращением; в — остро-
направленный ориентированный ретранслятор
Активные
Применением на ретрансляторе приемопередающей
или усиливающей приходящие сигналы и переизлучаю-
щей аппаратуры, содержащей электронную и антен-
ную части, можно повысить эффективность ретрансля-
ционной линии связи по сравнению с пассивной ре-
трансляцией. На рис. 6.1 представлены некоторые про-
стейшие типы ретрансляторов активного типа.
Современная технология производства полупровод-
никовых приборов позволяет создавать аппаратуру с
низким уровнем собственных шумов, что резко повы-
шает ее чувствительность. При этом требования к пе*
134
Отражающее тело	Эффективная отражающая поверхность	Усиление пере- излученного сигнала	Направленные свойства
Полуволно-	2,9Х2	1,7	Энергия излу-
вый диполь	4те		чается в направ- лении, перпенди- кулярном оси
Сфера	А	1,0	Изотропна
Цилиндр	ъЬА	tcL	Энергия переиз-
	Ъ	X	лучается перпен- дикулярно боль- шой оси
Плоская пла-	4тгЛ2	4тсЛ	Угол отражения
стина	X2	А2	равен углу паде- ния
Параболоид	41гЛ2	4кА	Энергия направ-
	X2	X2	лена по оси ле- пестка диаграммы
Линза Люне-	4тсЛ2	4кА	Падающая волна
берга	X2	X2	переизлучается в направлении ее прихода
Уголковый	7>кЛ2	7ъА	То же
отражатель	X2	X2	
реходным высокочастотным, устройствам и антеннам
также повышаются. Для достижения большей эффек-
тивности необходимо по возможности совмещать высо-
кочастотную часть аппаратуры с антенным устройством
без применения промежуточных согласующих цепей,
создающих дополнительные шумы.
§ 6.3.	Антенные устройства орбитальных космических
аппаратов
Орбитальные космические аппараты могут быть
полностью, частично или произвольно ориентирован-
ными в пространстве. В зависимости от этого и с уче-
том необходимости обеспечения связи с внешними пунк-
тами связи антенные системы орбитальных аппаратов
должны иметь диаграммы направленности, перекры-
вающие сектор пространственных углов связи косми-
ческого аппарата с внешними пунктами.
135
Наличие на Космическом аппарате панелей солнеч-
ных батарей требует осуществления ориентации их
рабочих плоскостей на Солнце, поэтому вращение
Рис. 6.2. Выбор формы диаграммы направленности антенн
для аппарата, с одноосной ориентацией:
а — отсчет угла аСОЗ» б — зависимость угла аСОЗ от времени; в —
форма диаграммы, обеспечивающая связь с Землей по уровням
КУ > КУпни в диапазоне углов аС03
аппарата может происходить только относительно на-
правления на Солнце. Для обеспечения связи с Зем-
лей диаграмма направленности бортовых антенн дол-
жна быть при этом в виде тела вращения, перекры-
вающего возможные направления на Землю в процессе
вращения космического аппарата (рис. 6.2).
При длительном нахождении орбитального аппа-
рата на орбите за счет эволюций взаимного расположе-
ния Солнца, аппарата (объекта) и Земли (рис. 6.2, а)
угол, образованный ими (угол Солнце — объект — Зем-
ля) асоз меняется по определенному закону (рис. 6.2, б)
и в определенных пределах [5; 6]. Диаграмма направлен-
ности (рис. 6.2, в) должна перекрывать эти изменения
асоз’ причем по уровням коэффициента усиления (КУ),
достаточным для передачи по линии «космический
аппарат — Земля» необходимого объема информации.
На рис. 6.3 приведен пример изменения углов ас03 при
полетах космического аппарата к планетам Марс и
136
Венера. Из рисунка видно, что при полете к Венере
углы меняются в более широких пределах, чем при
полете к Марсу. Можно отметить также, что марсиан-
Рис. 6.3. Изменение углов аСОз при полетах к планетам
Марс и Венера
ские углы асоз более острые, чем венерианские. Это
определяет как ширину диаграммы направленности,
так и требования к размещению антенн. С учетом
необходимого объема передаваемой с борта аппарата
информации в процессе проведения сеансов связи и
режимов ориентации аппарата могут быть использо-
ваны на борту космического аппарата как среднена-
правленные (СНА), так и малонаправленные (МНА)
и остронаправленные (ОНА) антенны. Многообразие
конструкций этих антенн и их модификаций не позво-
ляет в рамках одного параграфа привести их полное
описание. Поэтому остановимся здесь на двух типах
антенн: ОНА и МНА.
137
§ 6.4.	Остронаправленные антенны
Антенны этого типа применяются для осуществле-
ния передачи большого количества информации в еди-
ницу времени по телевизионным, телеметрическим и
Рис. 6.4. Зависимость эффективности
зеркальной антенны от ее диаметра
другим каналам специального назначения (высоко-
информативные линии связи). Работа через ОНА ве-
дется в тех случаях, когда космический.аппарат ори-
ентирован на Землю осью диаграммы направленности
ОНА. Поскольку бортовые системы ориентации пред-
ставляют собой сложные автоколебательные системы
с обратной связью и обеспечивают ориентацию на
Землю с определенной точностью, то диаграмма на-
правленности должна перекрывать этот сектор углов
прецессии по минимально допустимому уровню коэф-
фициента усиления.
Коэффициент усиления антенны и ширина диаграм-
мы направленности ОНА ограничиваются не только
точностью ориентации. Существуют и предельно допу-
стимые размеры зеркала* антенны, связанные с произ-
водственными допусками’ и допустимыми предельными
массами. Во время полета происходит отклонение пер-
воначальной юстировки антенны, что также накла-
дывает свои ограничения.
Увеличение КУ пропорционально увеличению диа-
метра зеркала, возможности которого увеличиваются
138
При применении складных Конструкций. Однако Это
влечет за собой дополнительное увеличение массы кон-
струкции (за счет элементов раскрытия, ребер жест-
Рис. 6.5. Автоматическая космическая
станция «Венера-4»:
1 — зеркальная зонтичная антенна: 2 — МНА;
3 — штанга выноса МНА: 4 — панель солнечной
батареи; 5 — спускаемый аппарат
кости и др.) и увеличение отклонения профиля зеркала
от теоретического. Поэтому практически максимально
допустимый диаметр зеркала ограничивается несколь-
кими метрами. Для диапазонов СМ и ДМ волн это по-
зволяет получить диаграмму направленности шириной
порядка долей и единиц градуса, то есть КУ порядка
тысяч. Дальнейшее увеличение диаметра зеркала d,
как показано на рис. 6.4, не дает ощутимого роста
коэффициента усиления.
139
Конструктивно зеркальные остронаправленные йй-
тенны космических аппаратов могут быть цельноме-
таллическими жесткими, полностью или частично
Рис. 6.6. Автоматическая космическая станция «Марс-3»:
1 — ОНА; 2 — аэродинамический конус; 3 — МНА; 4 — панель солнечной ба-
тареи
складными, мягкими надувными. Примеры подобных
конструкций приведены на рис. 6.5, 6.6 и 6.7, где изо-
бражены автоматические космические станции «Ве-
нера-4», «Марс-3» и спутник «Вестингауз» с антеннами.
Конструкции облучателей ОНА должны быть жест-
кими, устойчивыми к воздействию перегрузок, вибра-
ций, температурных воздействий и радиации. В соот-
ветствии с этим должны выбираться и конструктивные
материалы, из которых строятся облучатели. Для
обеспечения максимально возможного коэффициента
использования зеркала ОНА наряду с другими требо-
ваниями необходимо, чтобы облучатель создавал
минимальное затеняющее пятно на раскрыве зеркала.
В этой связи весьма, целесообразно использование
высококачественных диэлектрических материалов с вы-
соким значением диэлектрической проницаемости.
Материалы, используемые в качестве наполнителей
и покрытий в облучателях, позволяют эффективно умень-
140
шить габариты облучателя и защитить его от воздей-
ствия радиации, а также предотвратить возможность ко-
ронообразования на раскрыве облучателя.
Преимущество использования диэлектрических по-
крытий и заполнителей в том, что, уменьшая общие га-
бариты облучателя, удается тем самым максимальным
Рис. 6.7. Искусственный спутник Земли «Вестин-
гауз»:
/ — сопло; 2— надувная параболическая антенна
РЛС; 3, 4, 5 — щелевые антенны; 6 — штыревая антенна:
7 — источник питания; 8, 9 — сопла двигателей управления
ИСЗ; 10 — счетно-решающее устройство: 11 — телевизи-
онная камера
образом сконцентрировать фазовые центры всех излу-
чающих элементов многочастотного облучателя, кото-
рые при полномасштабной модели облучателя занимают
довольно большую поверхность в районе фокусного
пятна зеркала и создают дополнительные потери за счет
расфокусировки.
Многочастотные облучатели ОНА зачастую строятся
по коаксиальному принципу. Примером подобного об-
лучателя могут служить облучатели ОНА автоматиче-
ских космических станций «Марс-2» [6; 7]. Настройка
таких облучателей проводится по поочередно-повторно-
му принципу в несколько заходов: вначале настраивает-
ся внутренняя секция, соответствующая рабочей частоте
141
/ь затем смежная с ней, соответствующая частоте
После этого идет цикл проверки первой секции и
ее подстройка, затем настройка секции, смежной со вто-
рой, и подстройка первой и второй секций и т. д.
Настройку и проверку в процессе эксплуатации удо-
бно проводить с помощью автоматических измерителей
полных сопротивлений: подключив одновременно ко
всем выводам секций измерители соответствующих диа-
пазонов частот, можно одновременно наблюдать изме-
нение импедансных характеристик всех секций.
В качестве отдельных лементов коаксиальной систе-
мы облучателя используются коаксиальные кольцевые
раскрывы, образованные системой соосных волноводов
(внутренние элементы) и цилиндрических спиралей
(внешние элементы).
Параболические зеркальные отражатели ОНА спо-
собны фокусировать тепловую энергию солнечных лучей.
При этом температура в районе фокального пятна может
достигать в отдельных случаях сотен и даже тысяч гра-
дусов по Цельсию. Для защиты облучателя от теплово-
го разрушения применяются искусственные средства:
окраска зеркала и облучателя, защитные кожухи, об-
мазки и т. д.
§ 6.5.	Малонаправленные антенны
Конструкции МНА орбитальных аппаратов опреде-
ляются требованиями, предъявляемыми к ним: близкая
к круговой поляризация поля излучения, воронкообраз-
ная форма диаграммы направленности с возможностью
ее регулировки в процессе полета с ориентацией макси-
мума в направлении на наземный пункт связи (в про-
цессе изменения углов асоз).
В настоящее время существует мнение, что наиболее
подходящим типом излучателей, отвечающих этим тре-
бованиям, являются различного рода спиральные ан-
тенны и их модификации [14]. Поскольку на ДМ и СМ
волнах корпус космического корабля может оказать
серьезное затеняющее и искажающее действие на диаг-
рамму направленности МНА, то эти антенны, как пра-
вило, выносятся на специальных штангах либо сами
спирали выполняются складными. Особенно целесооб-
142
разно это на метровых волнах, где габариты антенн до-
статочно велики, и на участке вывода аппарата за пре-
делы земной атмосферы. Когда аппарат находится под
Рис. 6.8. Складная спиральная коническая антенна метрового диа-
пазона:
а — в сложенном состоянии; б — в развернутом состоянии
защитным обтекателем, такие антенны находятся в свер-
нутом состоянии. Пример складной спиральной кониче-
ской антенны метрового диапазона приведен на
рис. 6.8, а, б, Такие антенны позволяют уменьшить
высоту в сложенном состоянии по сравнению с развер-
нутым в несколько раз.
Спиральные цилиндрические антенны с регулярной
структурой обладают в этом смысле еще большими воз-
можностями. Для приведения их в рабочее состояние
не требуется никаких дополнительных устройств. Такие
антенны могут раскрываться под действием собственных
сил упругости по принципу обычных пружин.
§ 6.6.	Антенные устройства спускаемых на поверхности
планет аппаратов
С развитием программы исследований планет сол-
нечной системы с помощью космических аппаратов раз-
вивается и антенная техника. Первым посланцем на по-
143
верхность/нашей небесной соседки Луны был спускае-
мый аш/арат автоматической космической станции
«ЛунаХ», совершившей мягкую посадку, с помощью ко-
торого была осуществлена первая в истории передача на
Землю панорамного изображения поверхности Луны.
Антенная система посадочного аппарата «Луна-9»
была построена по классическому принципу использова-
ния в качестве излучающих элементов отдельных дета-
лей и всего корпуса в целом. Для передающих излуча-
телей были использованы стабилизирующие лепестки,
назначение которых, кроме того, состояло в том, чтобы
после раскрытия на поверхности Луны обеспечивать ус-
тойчивое вертикальное положение посадочного аппарата.
В качестве приемных антенн использовались четыре
четвертьволновых штыря, размещенных на верхней по-
лусфере посадочного аппарата.
Анализ условий работы на поверхности Луны поса-
дочного аппарата «Луна-9» позволил в дальнейшем
перестроить антенную систему, поменяв местами указан-
ные антенны. На аналогичном посадочном аппарате
«Луна-13», прилунившемся в том же 1966 г., для пере-
дающих антенн были использованы четвертьволновые
штыри. Схема их запитки была выбрана таким образом,
что диаметрально противоположные штыри запитыва-
лись в противофазе с последующим синфазным соеди-
нением обеих пар вибраторов на один общий фидер.
Подобная схема обеспечивала диаграмму направленно-
сти воронкообразной формы с ориентацией максимума
диаграммы направленности в направлении на Землю с
учетом координат точки посадки аппарата на Луну.
Технически это было достигнуто с помощью указанной
схемы запитки и выбором наклона штыревых вибрато-
ров. Внешний вид посадочного аппарата «Луна-13» с
антенной системой приведен на рис. 6.9.
Усложнение задач, которые ставятся перед спуска-
емыми на поверхность планет и возвращаемыми на Зе-
млю аппаратами, сопровождается усложнением схем и
конструкций антенно-фидерных систем посадочных ап-
паратов. Так, автоматическая космическая станция
(рис. 6.10) «Луна-16» состоит из посадочной платфор-
мы 1, возвратной ракеты 5 и спускаемого на поверх-
ность Земли возвращаемого аппарата 4. Элементы бор-
тового радиокомплекса и входящей в него антенно-фи-
144
дерной системы выбраны и размещены так, чтобы обес-
печить выполнение задач, стоящих перед этими частями
станции. В частности, на посадочной платформе уста-
Рис. 6.9. Посадочный аппарат станции «Луна-13»
новлена коническая двухзаходная логарифмическая спи-
ральная антенна 2 на выносной штанге. Она обеспечива-
ет прием команд с Земли и передачу на Землю теле-
метрической информации о работе грунтозаборного и
фототелеграфического устройства станции, о состоянии
приборного отсека и других агрегатов, передачу на
Землю фототелеграфических изображений отдельных де-
талей и узлов станции и окружающего посадочный ап-
парат рельефа лунной поверхности.
Здесь уместно сказать, что, в частности, по характеру
изменения сигнала, передаваемого с поверхности Луны
на Землю, указанной антенной был зафиксирован впер-
вые факт посадки на Луну станции «Луна-16», а также
факт старта с Луны возвратной ракеты. Это убедитель-
но доказало возможность использования антенных уст-
ройств в качестве косвенных средств навигации, ориен-
тации и т. д.
145
Рис. 6.10. Автоматическая космическая станция «Луна-16»:
/ — посадочная платформа: 2 — МНА; 3 — штыревые антенны;
4 — спускаемый аппарат; 5 — возвратная ракета; 6 — грунтозабор-
ник
146
Возвращаемый на Землю спускаемый аппарат (СА)
станции «Лупа-16», представленный на рис. 6.11, был
оборудован четырьмя четвертьволновыми гибкими шты-
ревыми антеннами, задача которых состояла в том, что
бы непрерывно передавать на
участке парашютирования и
после посадки сигналы от ра-
диомаячка для пеленгации СА
средствами поиска и обнару-
жения. Схема антенно-фидер-
ной системы включала в себя
гравитационный высокочастот-
ный коммутатор, который
обеспечивал подключение к
выходу передатчика наиболее
вертикально ориентированной
антенны. Это происходит ав-
томатически при любых эволю-
циях посадочного устройства,
например при покачивании на рис> 6.11. Спускаемый ап-
волнах, в случае посадки на парат станции ««Луна-16»
воду. За счет этого обеспечи-
вается максимальная эффек-
тивность работы радиосредств поиска, установленных
на самолетах, вертолетах и судах поисково-спасатель-
ной службы, так как они рассчитаны на прием сигналов
УКВ диапазона с вертикальной поляризацией. Анало-
гичным образом была построена и антенная система
станции «Луна-20».
Условия спуска на планету часто требуют примене-
ния многоступенчатых спускаемых аппаратов. Примером
могут служить спускаемые аппараты станций «Марс-3»
и «Марс-4», где отдельные части СА, отработавшие
свой ресурс на определенном участке спуска, отстрелива-
лись при соответствующем переключении антенно-фидер-
ной системы.
Одной из задач антенной системы СА является обес-
печение связи с Землей или ретрансляционной станцией
в любой ситуации посадки: переворот СА, поломка
антенн и т. д. Поэтому наряду с обеспечением мер по по-
вышению надежности СА и его антенной системы непо-
средственно иногда используются и другие меры и сред-
ства, например резервирование и дублирование узлов
147
ЙИТейной системы СА. Примером может служить антен-
ная система СА автоматической космической станции
«Венера-8» (рис. 6.12), где предусмотрена резервная ан-
Рис. 6.12. Спускаемый аппарат станции «Венера-8»:
/ — основная антенна; 2 — резервная антенна; 3 — антенна ра-
диовысотомера
тенна 2, включаемая по автономной программе через
некоторое время после посадки на поверхность планеты.
На участке спуска и непосредственно после посадки
передача данных на Землю осуществлялась через ос-
новную антенну, представляющую собой двухзаходную
логарифмическую коническую спираль /, установленную
в верхней части СА.
После посадки производится отстрел резервной ан-
тенны 2, представляющей собой двустороннюю цилин-
дрическую резонаторную спиральную антенну. На
передачу работает та часть антенны, которая оказыва-
148
ется сверху, йто осуществляется с помощью гфавитй*
ПИО.ННОГО высокочастотного коммутатора.
Одним из требований, предъявляемых к антеннам
СА, является максимальная простота схемы, ее надеж-
ность и минимальные габаритно-массовые показатели.
Это обеспечивает минимальное воздействие антенной
системы на другие элементы и агрегаты конструкции
СА. Так, невыступающая антенна максимально гаран-
тирует от захвата и обрыва строп парашюта на участке
парашютирования, гарантирует от возможности затене-
ния полей зрения фототелеметрических и телевизионных
устройств в процессе съемки и передачи на Землю изо-
бражения ландшафта планеты, обеспечивает оптималь-
ный тепловой режим СА, минимально искажает аэроди-
намические качества аппарата на участке аэродинами-
ческого торможения и спуска и т. д.
Классическим примером такой оптимальной антенны
СА может служить антенна посадочного аппарата стан-
ций «Венера-9» и «Венера-10», впервые передавших на
Землю уникальные панорамные снимки венерианской
поверхности, которые заставили пересмотреть существо-
вавшие взгляды на происхождение планеты Венера и
на проходящие на ней процессы.
Антенна СА (рис. В.З) представляет собой цилин-
дрическую спираль, навитую на цилиндрический пара-
шютный отсек. Зазор между металлическим парашют-
ным отсеком и токонесущей поверхностью собственно
антенны составлял всего около 0,02 длины волны. Высо-
та спирали и ее диаметр равнялись около 0,25 длины
волны. Сама спираль представляла собой многоветвевую
структуру, ветви ее запитывались в одной точке, а за-
тем веерообразно расходились, переходя в пучок парал-
лельных токонесущих активных ветвей спирали, кото-
рые на свободных концах гальванически соединялись с
корпусом парашютного отсека через 120° друг от друга
(для случая трехветвевой спирали) или через соответ-
ствующие равные промежутки для спиралей с большим
числом ветвей. Между указанными активными ветвями
располагаются пассивные ветви, служащие для регули-
ровки связи между ветвями и взаимной фазировки
токов в них. На рис. В.З схематически показана ретранс-
ляционная связь по линии «СА — орбитальный аппа-
рат— Земля», которая была применена при работе
149
станций «Венера-9» и «Венера-10». С момента взаимной
расцепки и до конца взаимной видимости, когда орби-
тальный аппарат уходит за горизонт планеты, происходит
непрерывное изменение углов взаимного визирования и
дальности между СА и орбитальным аппаратом. При
этом диаграммы направленности антенн СА и ОА дол-
жны быть построены таким образом, чтобы выполнялось
условие оптимальной связи, которое задается известным
уравнением радиолокации, то есть должна быть опреде-
ленная связь между коэффициентами усиления этих ан-
тенн для каждого угла взаимного визирования и соот-
ветствующей ему взаимной дальности между этими аппа-
ратами. Иными словами, если условия взаимного поло-
жения аппаратов в пространстве выразить временной
зависимостью, коэффициенты усиления антенн (их про-
изведение) также будут представлять собой функцию
времени:
K'oaK'ca^W.
где К/Аа — коэффициент усиления антенны орбиталь-
ного аппарата;
—коэффициент усиления антенны СА.
В случае если такое условие трудно выполнить толь-
ко за счет выбора формы диаграмм направленности СА
и ОА, необходимо осуществлять взаимное визирование
аппаратов или отдельно их антенн друг на друга, что,
безусловно, технически выполнить гораздо труднее. На
рис. 6.13 приведен пример такой антенны с регулиру-
емой диаграммой направленности. Это обычная цилин-
дрическая регулярная спираль с ленточным токонесу-
щим проводом. Отличие ее от обычных заключается в
том, что лента провода не сплошная, а перфорирована
поперечными двусторонними прорезями, образующими
лепестки (рис. 6.13,6), которые за счет упругости ма-
териала ленты могут отклоняться на угол ср. В исходном
состоянии лепестки прижаты к ленте и угол <р=0°, при
этом проводник образует сплошную ленту без наруше-
ния регулярности структуры. Затем лепестки отжима-
ются на определенный угол, причем реактивность про-
водника, а следовательно, и фазовая скорость волны, бе-
гущей вдоль нее, изменится. Это изменение пропорцио-
нально углу отклонения лепестков и постепенно растет
150
при изменении угла от 0 до 90е. Изменением фазовой
скорости волны можно менять режим работы спирали
в смысле изменения пространственных гармоник от
Рис. 6.13. Спиральная антенна с ре-
гулируемой диаграммой направлен-
ности:
а — антенна; б — эскиз токонесущего про-
водника; в — диаграммы направленности;
1 — токонесущий провод; 2 — каркас; 3 —
разъем; 4 — рефлектор
волны типа То (режим нормального излучения) до ре-
жима (режим осевого излучения) и далее к режиму
Т2, обеспечивающему излучение с диаграммой направ-
ленности воронкообразного типа, с максимумом направ-
ленности, ориентированным под определенным углом к
оси антенны (рис. 6.13, в).
Антенны, подобные приведенной на рис. 6.13, отно-
сятся к классу модифицированных спиральных антенн
с регулируемыми характеристиками направленности.
151
С помощью их можно осуществлять связь между СА и
орбитальным аппаратом или между другими аппаратами
при изменении углов их взаимного визирования в широ-
ких пределах без применения переориентации аппаратов
в пространстве или без дополнительного взаимного визи-
рования антенн, установленных на них, непосредственно
во время полета. Это позволяет упростить систему уп-
равления и облегчить конструкцию в целом.
§ 6.7. Антенные устройства искусственных спутников
Искусственные спутники Земли и других планет
предназначены для изучения свойств планет и около-
планетных сред. Кроме того, они выполняют роль ре-
трансляторов для установления связи между посадоч-
ными аппаратами, находящимися на планете, и пунк-
тами приема информации. Антенные устройства искус-
ственных спутников (ИС), призванные обеспечить рабо-
ту указанных радиолиний, строятся в зависимости от
целей и назначения конкретного ИС и, кроме того, в за-
висимости от положения орбиты ИС и степени его ста-
билизации на орбите.
Искусственные спутники могут быть полностью не-
ориентированными, частично ориентированными (вра- ..
щением вокруг фиксированного направления, например
относительно направления на Солнце) и полностью ори-
ентированными в пространстве. Орбиты ИС могут быть
стационарными и нестационарными. Полностью неори-
ентированные ИС обычно предназначаются для изуче-
ния свойств среды: наличия магнитного поля, определе-
ния газового состава, плотности, температуры и т. д.
В качестве примера могут служить первый советский’
искусственный спутник Земли, первый советский искус-
ственный спутник Луны «Луна-10» (рис. 6.14). Антен-
ные системы подобных спутников строятся таким обра-
зом, чтобы при применении линейных вибраторов (пер-
вый ИСЗ) диаграммы направленности для различных
составляющих поляризации поля излучения (горизон-
тальной, вертикальной) взаимно перекрывались в про-
странстве по требуемому уровню. Это обеспечивает эф-
фект всенаправленности по полной сфере и минималь-
ные интерференционные эффекты за счет развязки по
152
поляризации. Подобным же образом построена метровая
линия связи станции «Луна-10».
При использовании на ИС антенн с явно выражен-
ной направленностью размещение их осуществляется
Рис. 6.14. Искусственный спутник Луны
«Л уна-10»:
/ — штыревые антенны метрового диапазона; 2—
МНА дециметрового диапазона
таким образом, чтобы диаграммы направленности от-
дельных излучателей перекрывались в пространстве по
требуемому уровню коэффициента усиления в направле-
нии на пункт приема информации с борта ИС. Примером
такой антенной системы может служить ДМ линия свя-
зи того же спутника «Луна-10».
Для ИС, имеющих ось преимущественной ориентации
и вращения, антенная система строится таким образом,
чтобы при вращении главный максимум диаграммы на-
153
правленности был ориентирован в направлении на
пункт связи. Практически это решается либо в виде
создания механически стабилизируемых относительно
вращающегося ИС антенных систем ИС, либо электри-
ческой стабилизацией диаграмм направленности вокруг
направления вращения ИС. Примером механической
стабилизации может служить искусственный спутник
Земли «Интелсат», запущенный в 1968 г.
Антенная система этого ИСЗ состоит из связной зер-
кальной антенны СМ диапазона с шириной диаграммы
направленности @0,5= 19° и ненаправленной телеметри-
ческой и командной антенны в виде биконического ру-
пора. Приемный и передающий каналы связной антенны
разделены по направлению вращения вектора электриче-
ского поля, вращение этой антенны относительно ИС
осуществлялось механически с помощью электродвига-
теля. Аналогичным образом построена система ориента-
ции антенн спутника Земли OSO (США). Этот ИСЗ
состоит из вращающейся и невращающейся частей. На
вращающейся части расположены противовесы, обеспе-
чивающие требуемый момент инерции, и антенная си-
стема. Вся электронная часть аппаратуры расположена
на невращающейся части этого спутника.
Примером ИСЗ с электронной системой стабилиза- 
ции положения луча антенны в пространстве может слу-
жить спутник ATS, представленный на рис. 6.15. Пере-
дающая антенная система его состоит из 16 коллинеар-
ных полуволновых диполей /, расположенных по окруж-
ности. Они образуют кольцевую вибраторную фазиро-
ванную решетку, центр окружности которой совпадает с
центром вращения ИСЗ. Элементы этой ФАР сфазиро-
ваны таким образом, что диаграмма направленности
вращается с той же угловой скоростью, что и ИСЗ, но в
противоположном направлении.
Приемная антенная система 2 в плоскости вращения
спутника обладает изотропной диаграммой. Она установ-
лена вдоль оси спутника внутри кольцевой передающей
фазированной решетки. Приемопередающая аппаратура,
а также элементы электронной управляющей схемы
ФАР и система электропитания установлены в нижней
части ИСЗ.
Для обеспечения глобальной связи применяются
искусственные спутники, выведенные на орбиты, близ-
154
кие по своим параметрам к стационарным. Это могут
быть одиночные ИС или целые системы спутников, ра-
ботающие в общей системе с наземными или инопланет-
Рис. 6.15. ИСЗ ATS:
1 — диполи передающей ФАР; 2 — приемная
антенная система; 3 — электронная аппаратура
ными ретрансляционными станциями. Примером могут
служить ИСЗ типа «Молния», LES и др.
Повышенный интерес в последние годы вызывает
'лазерная локация. Уникальный эксперимент был по-
ставлен совместно советскими и французскими учеными
по определению места нахождения лунохода на поверх-
ности Луны. Для этой цели на луноходе (рис. 6.16)
был установлен специальный лазерный отражатель 4.
' Аналогичные по своему назначению отражатели исполь-
зуются для ИСЗ «Лагеос». На сферическом корпусе
этого спутника размещается более 400 мелких лазер-
155
Рис. 6.16. Луноход:
/ ОНА ДМ диапазона; 2 — МНА ДМ диапазона; 3 — ненаправлен*
ные антенны метрового диапазона; 4 — лазерный отражатель
Рис. 6.17. ИСЗ «Лагеоо
156
ных отражателей трехгранной формы (рис. 6.17), с по-
мощью которых будет проводиться лазерная лока-
ция спутника и определение расстояния до него с
т
11 — солнечные элементы: 2 — грузы для за-
медления вращения; 3 — штыревая антенна;
4 — три антенны на 1580 МГц; 5 — стержень
гравитационной системы ориентации; 6 — две
спиральные антенны на 235 МГц; 7 — сол-
нечные панели
очень высокой точностью (порядка нескольких санти-
метров) для проведения долговременных геодезических
измерений.
Наряду со стабилизацией вращением находят при-
менение искусственные спутники Земли, стабилизи-
рованные с использованием градиента гравитации. При-
мером может служить ИСЗ SO, запущенный на орбиту
Земли в июле 1974 г. (рис. 6.18). Стабилизация и ориен-
тация этого ИСЗ обеспечиваются за счет длинного стер-
жня с грузами на конце, ориентированного вдоль оси
симметрии спутника. На спутнике установлены теле-
метрические антенны штыревого типа метрового диа-
пазона волн и система спиральных антенн ДМ и метро-
вого диапазонов. С помощью этого спутника проводи-
лись исследования поведения экспериментальных эле-
ментов солнечных батарей в условиях открытого кос-
моса.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Авиастроение. Т. Г. М., ВИНИТИ, 1973.
2.	Авиастроение. Т. 2. Ч. 1. М., ВИНИТИ, 1976.
3.	Айзенберг Г. 3. Антенны ультракоротких волн. М., Связь-
издат, 1957.
4.	Антенны и устройства СВЧ. Под ред. Д. И. Воскресенского.
М., Советское радио, 1972.
5.	Аппаратура для космических исследований. Сб. АН СССР
М., 1972.
6.	Аппаратура для космических исследований. Сб. АН СССР.
М., 1973.
7.	К а п л у н В. А. Обтекатели антенн СВЧ. М., Советское
радио, 1974.
8.	Пр иго да Б. А., К о к у н ь к о В. С. Антенны летательных
аппаратов. М. Воениздат, 1964.
9.	Пр иго да Б. А., Кокунько В. С. Обтекатели антенн
летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1970.
10.	Резников Г. Б. Антенны летательных аппаратов. М.,
Советское радио, 1967.
И. Современные проблемы антенно-волноводной техники. Под
ред. А. А. Пистолькорса. М., Наука, 1967.
12.	Уолтер К. Антенны бегущей волны. М., Энергия, 1970.
13.	Ш у в а е в Г. В. Измерение пространственных диаграмм
направленности УКВ и КВ антенн при помощи шара-зонда. М.,
Связь, 1970.
14.	Юрцев О. А. [и др.]. Спиральные антенны. М., Советское
радио, 1974.
15.	Aviation Week and Space Technology, 16.01, 1974.
16.	Aviation Week and Space Technology, 26.01, 1976.
17.	IEEE Transaction on An ennas and Propagat. AP—13.
№ 3, 1965.
18.	IEEE Transaction on An.ennas and Propagat, AP—14,
№ 5, 1966.
19.	L'onde electrique, 45, 458, 568, 1965.
20.	Spece Aeronautics, 31, July, 94, 1967,
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие ............................................... 3
Введение.................................................   5
Глава 1. Общие сведения об антеннах летательных аппа-
ратов ................................................. 12
§ 1.1.	Назначение антенных устройств летательных ап-
паратов .............................................. —
§ 1.2.	Параметры и характеристики антенных устройств
летательных аппаратов............................... 15
§ 1.3.	Классификация антенных устройств летательных
аппаратов........................................... 22
§ 1.4.	Методы и устройства контроля и испытаний ан-
тенных систем летательных аппаратов в условиях
их эксплуатации .................................... 25
Глава 2. Антенны летательных аппаратов диапазонов сред-
них и коротких радиоволн ............................   36
§ 2.1.	Особенности возбуждения корпуса летательного
аппарата на средних и коротких волнах ............... —
§ 2.2	Типы антенн диапазонов СВ и КВ. Выступаю-
щие антенны ........................................ 40
§ 2.3.	Невыступающие антенны диапазонов СВ и КВ 43
§ 2.4.	Шлейфовые антенны .........................	47
§ 2.5.	Рамочные антенны............................. 49
Глава 3. Антенны летательных аппаратов диапазона мет-
ровых радиоволн . ..................................... 52
§ 3.1.	Возбуждение корпуса летательного аппарата на
метровых волнах....................................... —
§ 3.2.	Типы антенн метровых волн для летательных
аппаратов .......................................... 54
§ 3.3.	Выступающие	антенны ........................ 55
§ 3.4.	Скрытые антенны.............................. 61
§ 3.5.	Вертолетные	антенны ........................ 64
Глава 4. Антенные системы диапазонов дециметровых
и сантиметровых волн................................... 69
§ 4.1.	Свойства корпуса летательного аппарата в диа-
пазонах ДМ и СМ...................................... —
§ 4.2.	Зеркальные антенны ......................... 72
§ 4.3.	Линзовые антенны ........................... 74
§ 4.4.	Щелевые антенны............................. 76
§ 4.5.	Спиральные антенны.......................... 79
§ 4.6.	Антенны поверхностных волн.................. 82
§ 4.7.	Частотно-независимые антенны ............... 86
§ 4.8.	Элементы высокочастотных трактов............ 93
§ 4.9.	Фазированные антенные решетки ........	95
159
Сто.
Глава 5 Обтекатели антенн летательных аппаратов . . .	105
§ 5.1.	Назначение обтекателей ......................... —
§ 5.2.	Влияние обтекателей на прохождение радиоволн 107
§ 5.3.	Основные параметры обтекателей................ 111
§ 5.4.	Конструкция обтекателей и применяемые в
них материалы ....................................... 118
§ 5.5.	Обтекатели инфракрасных и лазерных систем	124
Глава 6. Антенные устройства космических аппаратов . . .	130
§ 6.1.	Некоторые проблемы связи с космическими
аппаратами ............................................ —
§ 6.2.	Особенности . конструкций антенн космических
аппаратов ........................................... 132
§ 6.3.	Антенные устройства орбитальных космических
аппаратов ........................................... 135
§ 6.4.	Остронаправленные антенны..................... 138
§ 6.5.	Малонаправленные антенны...................... 142
§ 6.6.	Антенные устройства спускаемых на поверхно-
сти	планет аппаратов ............................. 143
§ 6.7.	Антенные устройства искусственных спутников 152
Питература .	. ... . . . .	158
Борис Алексеевич Пригода
Валентин Сергеевич Кокунько
АНТЕННЫ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Редактор М. Н. Пруссов
Художник переплета Е. Л. Семберг
Художественный редактор Н. Б. Попова
Технический редактор Г. В. Дьякова
Корректор С. И. Яворская
ИБ № 379
Подписано в печать с матр. 28.02.79.	Г-22678
Формат 84X108/32- Бумага тип. № 1. Гарнитура литературная.
Высокая печать. Леч. л. 5. Усл. печ. л. 8,40. Уч.-изд. л. 7,623
Тираж 3560 экз.	Изд. № 7/2415.	Зак. 137.	Цепа 30 коп.
Воениздат
103160, Москва, К-160
Набрано во 2-й типографии Воениздата
191065, Ленинград, Д-65, Дворцовая пл., 10
Отпечатано с матриц в 1-й типографии Воениздата,
103006, Москва, К-6, проезд Скворцова-Степанова, д. 3