Укрытие, купол, обтекатель: о чём речь
Антенна радиолокатора диаметром несколько метров плохо переносит улицу. Ветер давит на зеркало и опорно-поворотное устройство, снег и наледь меняют форму луча, солнце греет механизм, пыль и влага изнашивают подшипники. Радиопрозрачное укрытие (РПУ) решает это радикально: над антенной ставят купол из материала, который почти не мешает радиоволнам, и антенна работает внутри в спокойном воздухе.
В поиске это называют по-разному: радиопрозрачный купол, радом, радиопрозрачный обтекатель. Обтекателем антенны точнее называть крышку на самой антенне: она закрывает раскрыв и поворачивается вместе с зеркалом или панелью. Укрытие стоит отдельно, на собственном фундаменте и опорном кольце, а антенна под ним вращается свободно. Дальше речь именно об укрытиях для радиолокаторов: метеорологических, аэродромных, обзорных.
Что оболочка отнимает у сигнала
Любая оболочка что-то отнимает у сигнала: часть волны отражается от поверхностей стенки, часть поглощается в материале, часть рассеивается на швах. Это и есть потери на проход, главный электрический параметр укрытия. Их указывают в одну сторону, а радиолокатор платит дважды: импульс уходит сквозь стенку и эхо возвращается сквозь неё же.
Насколько это важно, показывает уравнение радиолокации. Дальность обнаружения пропорциональна корню четвёртой степени из принятой мощности, поэтому двойные потери L дБ уменьшают дальность в 10 в степени L/20. При 0,2 дБ в одну сторону остаётся 97,7 % дальности открытой антенны, при 0,5 дБ — 94,4 %, при 1 дБ — 89,1 %.
Уравнение радиолокации: дальность пропорциональна корню четвёртой степени из принятой мощности, сигнал проходит стенку дважды. Сухая чистая оболочка; дождь и снег добавляют потери.
Для антенн связи счёт проще: сигнал проходит стенку один раз в каждом направлении линии, и потери вычитаются из запаса на трассе напрямую, без удвоения.
Не только потери: кроме потерь, укрытие немного искажает работу антенны: поднимает боковые лепестки, смещает луч, меняет ширину луча и КСВН. Эти цифры тоже нормируются, о них ниже.
Радиопрозрачность и материалы стенки
Радиопрозрачность — свойство конструкции пропускать волну с малыми потерями и искажениями. У материала она зависит от двух величин: диэлектрической проницаемости (чем она ниже, тем слабее отражение на границе) и тангенса угла потерь (чем он ниже, тем меньше энергии превращается в тепло). Поэтому радиопрозрачные материалы для укрытий — это стеклопластик для несущих обшивок и лёгкий пенопласт для сердцевины. Металл в зоне прохождения луча не применяют.
Монолит или сэндвич
Монолитную стенку можно сделать тонкой, много тоньше длины волны: тогда она прозрачна в широкой полосе, но на диаметре в десяток метров не выдержит ветер без частого металлического каркаса, а каркас сам мешает лучу. Можно сделать её толщиной около половины длины волны в материале: отражения двух поверхностей погасят друг друга, но только вблизи расчётной частоты. Для антенны с широкой полосой или для укрытия, которое должно подойти разным радиолокаторам, это ограничение.
Стенка сэндвич снимает противоречие. Две тонкие обшивки из стеклопластика держат нагрузку, пенопласт между ними задаёт расстояние и придаёт жёсткость. Сердцевина почти не участвует в отражении, а обшивки тонкие, поэтому в пути сигнала мало диэлектрика при высокой прочности на единицу массы. Вариант с одной сердцевиной называют A-сэндвичем, с двумя — C-сэндвичем: второй прочнее, но сложнее и капризнее по частоте. Укрытия KADAMM RDS-4/25 выполнены со стенкой A-сэндвич.
Швы и покрытие
Купол диаметром 10–25 м не сделать из одного куска, его собирают из панелей. Если все панели одинаковы, швы образуют правильную решётку, а она рассеивает волну в определённых направлениях и поднимает боковые лепестки. В серии применена квазислучайная разбивка: шести- и пятиугольные панели разного размера. Панели формуют методом RTM, швы уплотняют прокладками EPDM и герметиком, крепёж — из нержавеющей стали.
Наружное покрытие тоже влияет на радиопрозрачность. Сплошная водяная плёнка в дождь заметно увеличивает потери, поэтому стандартная поверхность — глянцевый гелькоут белого цвета RAL 9010, на котором вода собирается в капли и стекает. Другие цвета RAL, гидрофобное и противообледенительное покрытие поверх гелькоута — по заказу.
Диапазон: сколько стоит каждая полоса
С ростом частоты потери растут: длина волны уменьшается, и толщина обшивок, швы и неоднородности становятся для неё заметнее. Укрытие одного и того же диаметра в диапазоне P почти незаметно, а в X отнимает до децибела.
KADAMM RDS-118: худшее значение в полосе, в одну сторону. На этом диаметре в ряд входят все пять диапазонов.
| Диапазон | Частоты | Диаметры серии | Потери в одну сторону | Дальность РЛС, оценка |
|---|---|---|---|---|
| P | 0,3–1 ГГц | до 25 м | до 0,2 дБ | 97,7 % |
| L | 1–2 ГГц | до 25 м | 0,2–0,25 дБ | 97,2–97,7 % |
| S | 2–4 ГГц | до 25 м | 0,3–0,35 дБ | 96,1–96,6 % |
| C | 4–8 ГГц | до 13,4 м | 0,4–0,6 дБ | 93,3–95,5 % |
| X | 8–12 ГГц | до 11,8 м | 0,5–1 дБ | 89,1–94,4 % |
Из таблицы следует практическое правило: для P, L и S диаметр укрытия на потери почти не влияет, его выбирают по габариту антенны. Для C и X диаметр важен: чем больше купол, тем больше потери, а ряд для X заканчивается на 11,8 м, для C — на 13,4 м. Если антенне X-диапазона нужен купол крупнее, стенку рассчитывают отдельно под проект.
Что ещё нормируется
Для укрытия диаметром 20 м со стенкой A-сэндвич в S-диапазоне задан такой набор параметров:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Потери на проход (контроль, Ø20 м) | ≤0,4 дБ в 3,0–3,5 ГГц |
| Рост боковых лепестков | ≤1 дБ при уровне лепестка (−30; 0] дБ, ≤2 дБ при (−35; −30] дБ, ≤3 дБ при (−40; −35] дБ |
| Ошибка направления луча | ≤0,03° во всём секторе обзора |
| Изменение кроссполяризации | ≤1 дБ во всём секторе обзора |
| Изменение ширины луча по −3 дБ | ≤2,5 % |
| Изменение КСВН на входе антенны | ≤5 % от исходного значения |
Эти величины относятся к паре «антенна — укрытие», поэтому их согласуют в каждом проекте по характеристикам вашей антенны: частоте, ширине луча, уровню боковых лепестков и поляризации.
Габарит антенны и диаметр купола
Диаметр купола определяется не радиотехникой, а механикой. Возьмите чертёж антенны вместе с опорно-поворотным устройством и найдите сферу, которую заметает край зеркала или решётки при всех углах азимута и места. Центр этой сферы — точка пересечения осей вращения. Её обычно совмещают с центром сферы купола: тогда луч в любом положении проходит стенку под близкими углами, и искажения не зависят от направления.
К радиусу сферы вращения добавляют зазор до оболочки — на монтаж, обслуживание и деформацию купола под ветром; его определяют по чертежу и нагрузкам площадки. Удвоенная сумма и есть минимальный внутренний диаметр. Из ряда выбирают ближайший больший типоразмер. Например, для запроса «укрытие диаметром 8 м» ближайшее исполнение — 8,6 м с типовой высотой 6,5 м.
| Исполнение | Диаметр, м | Высота, м | P | L | S | C | X |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KADAMM RDS-40 | 4,0 | 3,5 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,4 | до 0,5 |
| KADAMM RDS-50 | 5,0 | 4,5 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,4 | до 0,6 |
| KADAMM RDS-65 | 6,5 | 5,5 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,5 | до 0,8 |
| KADAMM RDS-86 | 8,6 | 6,5 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,5 | до 0,9 |
| KADAMM RDS-107 | 10,7 | 8,5 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,6 | до 0,9 |
| KADAMM RDS-118 | 11,8 | 9,4 | до 0,2 | до 0,2 | до 0,3 | до 0,6 | до 1,0 |
| KADAMM RDS-134 | 13,4 | 11,7 | до 0,2 | до 0,25 | до 0,35 | до 0,6 | — |
| KADAMM RDS-170 | 17,0 | 12,8 | до 0,2 | до 0,25 | до 0,35 | — | — |
| KADAMM RDS-200 | 20,0 | 16,6 | до 0,2 | до 0,25 | до 0,35 | — | — |
| KADAMM RDS-250 | 25,0 | 18,7 | до 0,2 | до 0,25 | до 0,35 | — | — |
Потери — в децибелах, в одну сторону, худшее значение в полосе; прочерк — диапазон не входит в ряд этого диаметра. Высота типовая: купол — усечённая сфера (стандартное усечение 0,68), и высоту уточняют под антенну и площадку. Все исполнения собраны в разделе радиопрозрачных укрытий каталога KADAMM (КАДАММ).
Площадка: ветер, снег, мороз
Стандартное исполнение серии выдерживает ветер 67 м/с без разрушения, снеговую нагрузку 300 кг/м², работает от −40 до +55 °C с учётом максимальной солнечной радиации и хранится от −55 до +60 °C. Расчётный срок службы — не менее 15 лет. Если район установки суровее, нагрузки задают по проекту: нужны данные о ветре, снеге и температуре площадки.
С оболочки нагрузка собирается на опорное кольцо из стали горячего цинкования (стандартная высота 100 мм) и уходит в фундамент. Фундамент и закладные изделия выполняет заказчик по проекту специализированной организации; для него передаются нагрузки, габаритные чертежи и допуски. Масса укрытия зависит от диаметра, усечения и комплектации — уточняйте у менеджера.
Снег с купола сбрасывают тросами, закреплёнными в вершине. На башне, в горах или на берегу заранее решают, как собирать оболочку: на лесах на месте или на земле с последующим подъёмом краном. Для площадок без подъезда применялся подъём вертолётом.
Комплектация
Укрытие поставляют как сооружение, а не как оболочку. Типовой набор:
- оболочка из панелей A-сэндвич, опорное кольцо, болты и крепёж, уплотнения и герметик;
- ворота с электроприводом и дверь для обслуживания — проёмы задают по проекту, например 4500 × 4600 и 1000 × 1800 мм;
- вентиляционный колпак в вершине, молниеотвод с токоотводом, заградительный огонь;
- тросы для снега, лестница, внутреннее освещение, проходы для кабелей, дренаж.
По требованиям площадки добавляют защиту от обледенения, усиленную молниезащиту, кондиционирование или вентиляцию, нестандартные ворота и двери.
Приёмка: что проверить
Каждое укрытие проходит заводские испытания до отгрузки. Потери на проход и изменение КСВН измеряют на антенне заказчика или на представительной испытательной антенне, у панелей проверяют толщину стенки, диэлектрические свойства и непрерывность швов. Протокол стоит запросить и сохранить: он станет точкой отсчёта при эксплуатации.
- При монтаже — последовательность сборки панелей по маркировке, затяжку крепежа, непрерывность герметика в швах.
- После монтажа — отсутствие протечек после первого сильного дождя и работу вентиляции.
- При вводе антенны — КСВН на входе и форму диаграммы в сравнении с измерениями без укрытия, если они есть.
- В эксплуатации — плановую проверку уплотнений и затяжки крепежа; через 10 лет после монтажа — полное обследование.
Подбор по шагам
Порядок подбора радиопрозрачного укрытия: от диапазона антенны к комплектации.
Для заявки пришлите: рабочие частоты антенны, чертёж антенны с опорно-поворотным устройством, ширину луча и уровень боковых лепестков, данные площадки по ветру, снегу и температуре, высоту установки и условия подъезда, нужные опции. По этим данным инженер подберёт исполнение и проверит искажения.
Частые ошибки
- Выбирают диаметр по размеру зеркала, забыв про опорно-поворотное устройство и зазор: антенна задевает оболочку при крайних углах места.
- Сравнивают потери разных укрытий без указания диапазона и диаметра: цифра для P ничего не говорит о X.
- Забывают, что радиолокатор проходит стенку дважды, и закладывают в расчёт потери только в одну сторону.
- Не учитывают сроки и состав работ по фундаменту: он делается заказчиком и должен быть готов к монтажу.
- Меняют глянцевый гелькоут на матовую краску, не учитывая дождь: глянец лучше сбрасывает воду, под плёнкой воды потери растут.