Ещё более наглядно характеризует излучение антенны ее пространственная диаграмма. Она получается при совмещении обеих диаграмм — в плане и по вертикали. На рис. 5 изображена пространственная диаграмма направленного излучения вертикального вибратора. Ее можно назвать паспортом антенны, — настолько сжато и исчерпывающе определяет она все то, что в первую очередь нужно знать о направленной антенне.

2.4 Пассивные и активные системы радиолокации

Активная радиолокация является всевидящей: как бы ни “притаилась” цель, то есть при полном ее радиомолчании, она все равно будет обнаружена, так как подвергается мощному “освещению” зондирующими импульсами передатчика радара. Однако мы уже видели, что по зондирующим импульсам можно обнаружить и сам радар со всеми вытекающими отсюда неприятными последствиями.

Вот почему наряду с активной радиолокацией создана и успешно развивается “молчаливая”, пассивная неизлучающая радиолокация, т. е. средства определения местоположения цели по ее собственным радио излучениям. Важным обстоятельством, способствующим успеху этого направления развития, является то, что даже при отсутствии работающего радиопередатчика всякий объект является источником радиоволн просто вследствие нагрева. Дело в том, что спектр теплового излучения — очень широкополосный и включает в себя также и диапазон радиоволн. Поэтому в пассивной радиолокации можно выделить радиотеплолокацию.

Мощность теплового излучения в радиодиапазоне тем больше, чем выше температура тела и чем короче длина волны, т. е. в сантиметровом диапазоне излучается большая мощность, чем в дециметровом и т. д. Поэтому в более коротковолновом диапазоне радио теплолокатор оказывается более “дальнобойным”. Основной частью радио теплолокатора является приемник, называемый радиометром. По своим свойствам радиотепловые сигналы не отличаются от внутренних шумов приемника, и об их наличии можно судить только по увеличению мощности шума по сравнению с отсутствием сигналов. Это и приводит к необходимости применения специфических схем для обнаружения таких сигналов, существенно отличающих радиометры от обычных радиолокационных приемников. Кстати, такие же радиометры применяются и в радиоастрономии.

2.5 Задачи решаемые радиолокацией

Некоторое представление об областях применения РЛС может дать приводимый ниже перечень.

1. Сельское и лесное хозяйство. Исследование плотности растительного покрова, распределение лесных массивов, лугов и полей, определение вида почв, их температуры и влажности, контроль за состоянием ирригационных систем, обнаружение пожаров.

2. Геофизика и география. Определение структуры землепользования, распределение и состояние транспорта и систем связи, развитие систем переработки природных ресурсов, топография и геоморфология, определение состава пород и их структуры, стратиграфия осадочных пород, поиск минеральных месторождений, отработка техники разведки полезных ископаемых.

3. Гидрология. Исследование процессов испарения влаги, распределение и инфильтрация осадков, изучение стока грунтовых вод и загрязнения водных поверхностей, определение характера снегового и ледового покрова, наблюдение за водным режимом главных рек.

4. Океанография. Определение рельефа волнующейся поверхности морей и океанов, картографирование береговой линии, наблюдение за биологическими явлениями, проведение ледовой разведки.

5. Военное дело, гражданская авиация и космические исследования. Метеорологическое обеспечение полетов, управление воздушным движением, обеспечение ближней и дальней радионавигации, радиолокационное обеспечение посадки воздушных судов и космических аппаратов, обеспечение дальнего и ближнего обнаружения воздушных целей и наведения на них перехватчиков, обеспечение перехвата воздушных целей и прицеливания, панорамный обзор поверхности, распознавание государственной принадлежности летательных аппаратов, обеспечение радиолокационного сопровождения воздушных и наземных объектов и т.д.

3. ФАР

3.1 Как все начиналось.

Представим себе высоконаправленную антенну, обеспечивающую связь с искусственным спутником Земли (ИСЗ). Такая антенна имеет остросфокусированный луч, точно направленный на объект связи. Примером такой антенны может служить наземная антенна станции “Орбита”, которая использовалась в первых советских системах передачи телевидения и обеспечения многоканальной телефонной связи через ИСЗ. Такая антенна представляет собой параболический рефлектор диаметром порядка десяти метров. Для того чтобы осуществить слежение за объектом связи или радионаблюдения с помощью такой антенны, необходимо поворачивать всю эту довольно тяжелую механическую систему.

Очевидно, что во многих случаях нужна антенна, у которой направление луча не было бы связано с ориентацией всей антенны как механической конструкции. Нужна антенна с немеханическим движением луча или, другими словами, антенна с электронным сканированием. Под сканированием здесь понимается движение луча антенны, осуществляющее обзор пространства в заданном пространственном угле. Такая антенна нужна не только в системах связи с ИСЗ, но и в системе управления движением в районе большого аэропорта. Особую роль антенны с электронным сканированием играли и продолжают играть в системах противоракетной обороны (ПРО). С начала 90-х годов антенны с электронным сканированием стали объектом внимания автомобильных компаний. В этой связи такие антенны могут стать предметом массового спроса, как цветной телевизор или персональный компьютер. Сложившееся к настоящему времени техническое решение антенны с электронным сканированием представлено в виде решетки, в узлах которой расположены простейшие излучатели электромагнитной волны. Цепи питания этих излучателей организованы так, что излучение, испускаемое каждым излучателем, когерентно с излучением всех излучателей, в то время как фаза излучаемых волн изменяется по заданному закону. Изменение распределения фаз на излучателях позволяет сформировать луч антенны в заданном направлении. Такая решетка излучателей с управляемым распределением фаз волн, излучаемых элементарными излучателями, получила название фазированной антенной решетки (ФАР). Таким образом, термины антенна с немеханическим движением луча, антенна с электронным сканированием или фазированная антенная решетка практически являются синонимами.

Идея, что лучом системы когерентных излучателей можно управлять, изменяя распределение фаз на излучателях, была высказана уже давно. Одна из первых антенн с немеханическим управлением диаграммой направленности была построена для трансатлантической радиотелефонной линии связи в 1937 году. Эта антенна, обладая довольно высокой направленностью, позволяла изменять направление приема лучей в вертикальной плоскости и таким путем выбирать направление прихода лучей, наименее ослабленных при отражении от ионосферы. Так как благодаря направленным свойствам антенны осуществлялся прием только одного отраженного луча, то резко уменьшались замирания сигнала. Эта антенна представляла собой систему ромбических антенн, расположенных вдоль прямой на участке длиной около 1,5 км. Управление диаграммой направленности осуществлялось изменением фазовых соотношений между токами в отдельных ромбах. Высокой скорости управления лучом системы ромбических антенн не требовалось. Развитие радиолокации поставило задачу управления диаграммой направленности антенны в течение интервалов времени, измеряемых вначале миллисекундами, а затем микросекундами и даже долями микросекунды.