Cấu tạo, đặc điểm của anten quét Terma .

- Anten để bức xạ sóng điện từ và nhận lại tiếng dội lại nhằm phát hiện mục

tiêu. Anten là một ống dẫn sóng trên thành ống có khoét những khe hẹp chéo để

bức xạ sóng siêu cao tần. Tất cả được bọc kín trong hộp bảo vệ để che chắn sóng

gió. Nhờ có cấu tạo trên mà anten có búp sóng chính lớn, búp sóng phụ hai bên

nhỏ và không có búp sóng sau lưng anten.



Hình 3.5. Thiết kế Anten



- Bộ phận điều hưởng gồm động cơ không đồng bộ, thiết bị đầu cuối, đầu nối

ống dẫn sóng và bộ phận mã hóa phương vị.



29



Hình 3.6. Khối điều hưởng của Anten

Khối điều hưởng sử dụng động cơ điện để làm Anten quay, góc ngẩng của

anten sẽ được điều chỉnh tự động bằng các các encoder 1 và 2 sau đó tín hiệu sẽ

được truyền tới thiết bị đầu cuối để điều chỉnh anten. Ngoài ra khối điều hưởng

còn có cảm ứng về lượng dầu trong hệ thống để cảnh báo về việc khô dầu làm

ảnh hưởng đến sự quay của anten.

3.2.Phân cực trong anten.

Anten Terma có hai loại phân cực : phân cực ngang hoặc phân cực tròn tùy

vào mục đích sử dụng của từng hệ thống mà ta có thể lựa chọn và lắp đặt sao

cho phù hợp.

Phân cực ngang của anten có thành phần điện trường song song với mặt phẳng

trái đất và thành phần từ trường vuông góc với mặt phẳng trái đất. Phân cực

ngang của anten có khả năng phát hiện ra các mục tiêu cực kì nhỏ rất cao nhưng

lại nhận sự tán xạ do mưa gây ra khá lớn và hơn hẳn phân cực tròn. Tuy nhiên



30



sự ảnh hưởng do mưa có thể chấp nhận được vì thường xảy ra ở các hệ thống tập

trung tìm kiếm các mục tiêu nhỏ.



Hình 3.7. Phân cực ngang



3.3. Tính phân tập về tần số và thời gian.

Nếu anten được lắp đặt để kết nối với một máy thu phát sử dụng các tần số

phát khác nhau và những tần số này lại được phát ở những góc độ khác nhau thì

có thể đây chính là sử dụng chức năng phân tập tần số - FD (Frequency

Diversity).

Cùng với việc anten quay có thể cho ta tính phân tập của thời gian, nghĩa là nhiễu và mục

tiêu có thể phát hiện bởi các tần số khác nhau tại các thời điểm khác nhau.

Bằng việc sử tính tính phân tập về tần số và thời gian cùng với sự kết hợp so sánh tín hiệu

nhận được đã giúp nâng cao đặc tính của anten. Mục tiêu sẽ được xác định rõ ràng hơn so

với nhiễu và mưa, các mục tiêu nhỏ ở trong môi trường nhiễu nhờ đó cũng được phát hiện

rõ hơn trước.

Hiệu quả của anten quét có tần số và thời gian riêng biệt là để giảm sự biến

thiên của tín hiệu phản xạ từ những mục tiêu mong muốn xác định, do đó nâng

31



cao các chỉ tiêu liên quan đến nhiễu. Bằng việc kết hợp các xung né với nhau,

hình ảnh radar trở nên sắc nét và rõ ràng.

Các máy thu phát sử dụng đồng thời các tần số khác nhau. So với việc truyền

tải trên

một tần số duy nhất, việc sử dụng nhiều tần số với sự kết hợp tương quan giữa

các khoảng thời gian khác biệt mang lại những cải tiến hiệu suất đáng kể.

Mục tiêu có thể được đồng thời hiển thị một lúc thay vì chỉ có một trong mỗi

khoảng thời gian lặp lại, thay vì chỉ một thay đổi luân phiên một tần số (đôi khi

được gọi là FD). Điều này được kết hợp với các kỹ thuật xử lý riêng biệt các

mục tiêunhờ vậy việc xử lý một mục tiêu cũng giống như xử lý 3 mục tiêu.

Các tín hiệu phản xạ trở lại, tương ứng với các tín hiệu có hướng anten giống

hệt nhau sẽ được cộng lại một cách độc lập. Sự khác biệt độ lệch (squint) giữa

thời gian và tần số được sử dụng có thể điều chỉnh bằng cách chỉnh trong

khoảng cách hoạt động và trong góc ngẩng của anten.

Lợi ích từ sự phân tập tần số có thể đạt được đầy đủ khi đặc tính năng động

của máy có thể thích nghi được với thời tiết thực tế và các tình huống lộn xộn ,

phức tạp. Do đó, độ nhạy là phù hợp với mức độ nhiễu thực tế, cung cấp phát

hiện tối ưu các mục tiêu ở trong tất cả các phạm vi và trong tất cả các hướng.

Một anten tuyến tính phát hai tần số khác nhau và được truyền đi trong các

góc độ khác nhau (squint) cùng với đó anten có khả năng xoay cung cấp cho sự

đa dạng thời gian.

Hai tín hiệu quay trở lại được kết hợp sử dụng các hoạt động độc lập và điều

này mang lại một sự cải tiến của việc xác định nhiễu.

Sử dụng tính phân tập của tần số sẽ làm cải tiến về tính phát hiện mục tiêu

trong mọi điều kiện hay so với anten không có góc lệch tần số (loại phản xạ).

Hơn nữa, máy thu và các mạch xử lý có đủ dải động và tất cả các thành phần

cung cấp đầy đủ độ phân giải để xử lý sự đa dạng của các tín hiệu đến từ các

mục tiêu nhỏ và lớn ở tất cả các phạm vi. Điều này góp phần đáng kể vào việc

32



cung cấp các hình ảnh radar sắc nét và rõ ràng trong tất cả các tình huống thời

tiết. Vì thế, độ phân giải cao giúp cải thiện phân biệt được nhiễu và các mục tiêu

mong muốn và do đó cho phép xác định các mục tiêu riêng biệt so với nhiễu.

3.4.Đặc tính của anten.

*Tầm xa tác dụng của anten:

Tầm xa của anten là khoảng cách lớn nhất mà trong giới hạn đó radar có thể

xác định được mục tiêu, ảnh của mục tiêu khi đó sẽ vẫn còn có thể quan sát

được trên màn ảnh hiển thị.

Mục tiêu ở càng xa radar thì tín hiệu dội về sẽ cang yếu và mục tiêu ở xa nhất

sẽ có sóng dội về anten yếu nhất nhưng máy thu của radar vẫn còn có thể khuếch

đại lên đủ lớn để thành tín hiệu mục tiêu.

Việc tính toán tầm hoạt động cực đại của anten phụ thuộc vào tình huống đang xảy ra

như đặc điểm của máy thu phát, sự lắp đặt anten, sự lan truyền của sóng, mục tiêu cần xác

định, điều kiện môi trường, cấu tạo của mục tiêu v…v… . Do bề mặt trái đất là hình cầu nên

hiện tượng đường chân trời có ảnh hưởng đến tầm xa hoạt động của anten. Nếu mục tiêu

không cao hơn đường chân trời thì sóng điện từ phát ra bởi radar sẽ không thể phản xạ từ

mục tiêu trở về được. Con các mục tiêu thấp và ở gần radar thì lại có thể tìm thấy được, hơn

nữa nếu radar lắp đặt ở vị trí càng cao thì khả năng phát hiện mục tiêu ở xa sẽ càng được cải

thiện những nếu anten bị lắp quá cao thì sẽ làm tăng nhiễu gây ra do phản xạ từ biển.



Hình 3.8: Mối quan hệ giữa các đường chân trời.



33



Mục tiêu càng lớn thì sẽ dễ dàng bị phát hiện ở khoảng cách xa nhưng tùy thuộc vào tính

phản xạ nên có khả năng mục tiêu nhỏ có tính phản xạ tốt sẽ được phát hiện dễ hơn mục tiêu

lớn có tính phản xạ thấp.

Biểu đồ đặc tính thể hiện sự tương quan khác nhau giữa ba loại chùm sóng anten có hình

dạng khác nhau.

Các hiệu ứng và tác dụng gây ra bởi nhiễu biển và nhiễu đất liền là không đáng kể. Sóng

phát bởi anten sẽ phản xạ tại đất hoặc bề mặt biển do nhiễu và sự lệch pha của tín hiệu.



34



Hình 3.9. Tầm hoạt đông của ba loại chùm sóng.



Hình 3.10. Góc bức xạ được tạo bởi ba loại chùm sóng.

Từ hình 3.9 và 3.10 ta thấy rằng tầm hoạt động của chùm sóng phát theo hình

quạt là xa nhất và có góc bức xạ thấp nhất. Vì thế, các trạm VTS thường hay sử

dụng phát các chùm sóng dạng này để đạt được tầm xa hoạt động tối ưu và độ

phân giải tốt nhất có thể. Cách phát các chùm sóng dạng cosecant và đảo

cosecant được sử dụng trong các ứng dụng của radar giám sát bề mặt hoặc các

ứng dụng để phát hiện các mục tiêu gần đất liền v…v…

3.5. Tầm xa cực tiểu của radar.

Tầm xa cực tiêu của radar là khoảng cách gần nhất được xác định từ mục tiêu

đến radar mà radar vẫn còn có thể có khả năng nhận biết được mục tiêu. Những

mục tiêu có khoảng cách gần hơn nữa thì radar sẽ không thể nào nhận biết được

hay còn được gọi là vùng chết của radar.

35



Tầm xa cực tiểu phụ thuộc vào hình dạng của chùm sóng khi phát chiều cao

của anten so với bề mặt trái đất.

Với anten Terma nếu chùm sóng phát ra có dạng quạt (fan beam) và đặt ở độ

cao 100m thì sẽ có tầm xa cực tiểu là 400m. Tuy nhiên độ dài ống dẫn sóng giữa

anten và máy thu phát phải được tính toán.

Ta có biểu đồ tầm xa cực tiểu của ba loại chùm sóng trong anten:



Hình 3.11: Thang đo cực tiêu của ba loại chùm sóng.

So với hai chùm sóng hình cosecant và đảo cosecant thì hình sóng hình quạt có điểm

mù hay vùng chết thấp hơn cả .



36



4. Thuộc tính của anten.

4.1. Các thuộc tính cơ bản.



Thông số đặc trưng

Băng tần

Độ lợi G

Góc mở ngang của cánh sóng

Góc mở đứng của cánh sóng

Vận tốc anten quay

Độ lệch góc



Giới hạn

9.14 – 9.50 GHz

≥ 37 dBi

≤ 0.360

≤ 110

10 – 40 V/Ph

~ 10 giữa các tần số khác nhau 100 MHz



Băng tần hoạt động của anten có giới hạn từ 9.14 – 9.50 GHz làm cho bước sóng của anten

rất bé xấp xỉ 3 cm, bảo đảm để anten phát hiện được các vật thể đa dạng từ lớn đến nhỏ trên

bề mặt biển trong phạm vi phủ sóng của trạm radar, tăng khả năng phân giải của radar.

Chùm sóng được phát đi ra ngoài không gian có góc mở ngang nhất định do điều kiện kỹ

thuật không cho phép phát tập trung thành một mặt phẳng. Do đó, sóng phản xạ từ mục tiêu

dội về sẽ bị kéo rộng ra theo chiều ngang bằng đúng góc mở ngang của cánh sóng. Nêú hai

mục tiêu ở cách radar cùng một cự ly nhưng lại ở gần nhau thì sóng phản xạ của chúng sẽ bị

dính vào nhau.

Góc mở ngang của cánh sóng là góc kẹp giữa hai điểm nửa công suất. Góc mở ngang của

cánh sóng cần đủ rộng để có đủ số lượng sóng phản xạ lại từ mục tiêu trở về đủ để ghi một

điểm sáng trên màn hình. Mặt khác, góc mở ngang lại phải hẹp để nâng cao khả năng phân

giải giữa các mục tiêu cách radar cùng cự li nhưng lại ở gẩn nhau. Không những thê góc mở

ngang rộng sẽ làm cho mục tiêu bị biến dạng theo chiều ngang. Góc mở ngang của cánh

sóng phụ thuộc vào chiều dài của anten quét và băng tần radar.



37



Hình 3.12: Góc mở ngang và đứngcủa cánh sóng.



Với góc mở ngang của cánh sóng ≤ 0.360 khả năng phân giải giữa các mục tiêu đứng

gần nhau của radar đã được cải thiện rất nhiều so với các trạm radar sử dụng anten thông

thường. Góc mở đứng của cánh sóng có giá trị ≤ 110 cũng giúp cho chùm sóng bức xạ được

tập trung nhiều hơn, nâng cao tầm xa hoạt động của radar.

Tốc độ quay của anten là 10 – 40 V/Ph cải thiện hơn rất nhiều so với anten cũ, đáp ứng

đầy đủ điều kiện tốc độ quay đủ nhanh để có thể liên tiếp nhận các tín hiệu phản hồi của

từng mục tiêu và duy trì được hình dạng của các mục tiêu trên màn hình hiển thị.

Độ lợi G đặc trưng cho khả năng tập trung năng lượng bức xạ của anten về hướng phát

(trong một búp phát). Với độ lợi ≥ 37 dBi cho ta thấy khả năng tập trung năng lượng của

anten về hướng phát là rất lớn.

4.2. Dạng bức xạ.

Ta có các vùng bức xạ của ba dạng sóng phát đi trong anten hình quạt, cosecant và đảo

cosecant có hình dạng như sau:



38