На передних рубежах радиолокации - Виктор Млечин

Что же представляла собой антенна станции «Лес»? Это была антенна, относящаяся к группе линзовых антенн и формировавшая в диапазоне миллиметровых волн остронаправленную диаграмму. Антенна обеспечивала качание главного лепестка диаграммы направленности в сравнительно широком рабочем секторе. При этом принципиально важным было то, что качание осуществлялось не путём возвратно-поступательного движения облучателя, а с помощью его вращения по замкнутой кривой, что облегчало использование антенны и её стыковку с другими элементами станции. Правильный выбор основ построения антенны позволил создать хотя и сложную, но размещённую в небольших габаритах подвижного носителя конструкцию, отвечавшую всем требованиям, предъявляемым к станции «Лес». Разработчик антенны И. Б. Абрамов фактически создал новый тип устройства – металловоздушную линзовую антенну с качанием луча – и притом в новом диапазоне волн. Попробую объяснить на простейших примерах принцип действия подобных антенн. Начну с фокусировки. Задачей фокусирующей линзы является преобразование сферических волн, радиально расходящихся из источника, в плоскую волну – параллельный пучок. Применительно к антеннам это означает, что для формирования остронаправленных диаграмм необходимо иметь в излучающем раскрыве антенны синфазное поле с почти постоянной амплитудой[13]. Поперечные размеры линз много больше длины волны, и к ним применимы законы геометрической оптики. Рассматривая однопреломляющие линзы, отметим, что у поверхности линзы как на границе раздела двух сред лучи будут преломляться, причём действует закон синусов: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления обратно пропорционально отношению коэффициентов преломления сред. В свою очередь, коэффициент преломления среды есть отношение скорости света к фазовой скорости в этой среде. Итак, преобразование расходящегося пучка лучей в параллельный может производиться с помощью ускоряющей линзы (тогда отношение коэффициентов преломления меньше единицы) или с помощью замедляющей линзы (указанное отношение > 1).

Существует большое разнообразие линзовых антенн с фиксированным облучателем, переводящих радиальный пучок лучей в параллельный. К ним относятся ускоряющие металлопластинчатые (волноводные) линзы, замедляющие линзы из искусственного диэлектрика и ряд других.

Другая большая категория линзовых антенн способна работать при переменном положении облучателя и предназначена для качания луча в пространстве. Аналогами таких антенн в оптике являются, например, двухпреломляющие линзы, устраняющие искажения при воспроизведении протяженных предметов (апланаты). В однопреломляющей линзовой антенне при выносе облучателя из фокуса преломленные лучи уже не образуют параллельный пучок, вследствие чего возникают искажения диаграммы (несимметрия главного лепестка, возрастание боковых лепестков, снижение КПД и пр.). Для апланатической линзовой антенны можно достичь условия идеального фокусирования как в самом фокусе, так и в двух других точках, симметрично расположенных относительно фокуса. Смещая облучатель из фокуса по нормали к оси линзы в пределах указанных точек, правильно выполненный апланат обеспечивает поворот луча антенны на соответствующий угол без существенных искажений. Двухпреломляющие линзовые антенны для качания луча могут быть реализованы с помощью металлопластинчатой конструкции. Кроме того, для качания луча используются линзы с переменным коэффициентом преломления (сферическая и цилиндрическая линзы Люнеберга, линзы Максвелла и др.). Однако изготовление диэлектрических линз с большим диаметром представляется трудно разрешимой задачей.

В металловоздушных линзах энергия распространяется между двумя параллельными металлическими поверхностями. Эти поверхности изгибаются таким образом, чтобы лучи на выходе оказались параллельными. Поэтому в таких линзах можно обойтись без диэлектрика. Если расстояние между поверхностями меньше длины волны и существенно меньше их радиусов кривизны, применима лучевая трактовка, когда волны распространяются вдоль лучей по кривым минимальной длины (согласно принципу Ферма). Обычно используется поперечная ТЕМ-волна, распространяющаяся с фазовой скоростью, зависящей от коэффициента преломления образовавшегося волновода. Для обеспечения вращательного движения облучателя часть поверхности линзы, на которой расположена дуга качания, сворачивают, превращая её в замкнутую кривую. Устранение искажений диаграммы направленности при качании луча и реализация принципа апланата, компенсирующего искажения, осуществляется в данном типе линзовых антенн путём двойного изгиба поверхностей линзы с разными радиусами кривизны.

Создателем нового типа антенны можно смело назвать Исаака Борисовича Абрамова. Когда в начале 50-х годов Абрамов впервые высказывал свои идеи по разработке квазиоптических антенн, многие сомневались в их реализуемости, ибо, говорили скептики, даже если признать факты, положенные в основу построения, правильными, изготовить такую свёрнутую громадину невозможно из-за отсутствия соответствующего оборудования. Но Абрамов упорно шёл к своей цели. Надо сказать, что среди последователей известного математика Г. Е. Шилова Абрамов выделялся своей прилежностью, тщательно записывал его лекции, а затем и издал их, помогая будущим поколениям. Абрамов был вполне подготовлен к тому, чтобы не только разработать теорию металловоздушных линзовых антенн, но и провести кропотливые расчёты конкретных конструкций в различных вариантах. В частности, его беспокоило прохождение высших типов волн в образовавшемся волноводе, и он вывел так называемое уравнение Эйконала, ссылку на которое сделал в своём учебнике Я. Н. Фельд.

Абрамов не был «сухарём», как некоторые его называли, но разговоры на бытовые темы, чем грешили его сослуживцы, обычно пресекал, переводя собеседников на обсуждение деловых вопросов. Его нацеленность на решение возникающих задач, повседневная работа с конструкторами и технологами, регулярная связь с производством дали положительный результат: за десятилетие (1950–1960) он создал целую серию антенн, обеспечивших успешную сдачу новых объектов и получивших всеобщее признание. Абрамов умер внезапно в 1982 г., едва достигнув 60-летнего возраста.

Теперь я хочу рассказать об одном из последних этапов разработки станции «Лес» – государственных испытаниях, которые имели место в 1954 г. и в которых я принимал участие. Мы выехали в Оренбург в мае, станции «Лес» были направлены эшелоном непосредственно на полигон. На Южном Урале был разгар весны, зеленела трава, ещё чувствовалась свежесть. Вскоре началась жаркая погода. В начале станции были развёрнуты в условиях степного ландшафта, целями служили движущиеся по степи колонны армейских автомашин. Члены госкомиссии в основном располагались в головной станции, размещённой на гусеничном тягаче. Там же находился Гуськов. Гуськову с Михайловым нередко приходилось заниматься настроечными работами, сменой выходивших из строя высокочастотных приборов-разрядников, смесительных диодов и т. п. Я сидел в дублирующей машине, станция действовала в параллель с головной, и, как говорят локационщики, станция «приработалась», отказов практически не было. Члены комиссии и Гуськов, едва возникали сомнительные ситуации, связанные с обнаружением отметок от целей, приходили на дублирующую станцию, где и разрешали все сомнения. В условиях степной местности, на различных позициях в течение мая—июня был выполнен большой объём работ, позволивший определить степень соответствия измеренных параметров станции пунктам технического задания. Мы жили в гостиничном домике полигона и уже стали привыкать к теснившей нас жаре, когда прозвучал отбой, и мы переехали в другое место вблизи железнодорожной платформы под названием Тоцкое, где проходили учения наземных войск с участием танков, артиллерии и т. д. На головную станцию пришли опытные операторы из воинских расчётов. Был назначен и офицер – начальник станции. Характер местности тоже изменился. Это была лесостепь, но с большими массивами лесных угодий. Позиции для станции выбирали военные, но с Гуськовым они советовались.