Статья · Радиопрозрачные укрытия

Радиопрозрачное укрытие антенны: как выбрать диаметр, стенку и диапазон

Радиопрозрачное укрытие защищает антенну радиолокатора от ветра, снега и солнца, но стоит на пути сигнала. Разбираем, что такое радиопрозрачность и сколько дальности отнимают потери на проход, чем стенка сэндвич лучше монолитной, как потери зависят от диапазона и диаметра и как подобрать укрытие под антенну и площадку — на примере сферических укрытий КАДАММ (KADAMM).

Если коротко

Диапазон первым: потери на проход растут с частотой — от ≤0,2 дБ в P и L до ≤1,0 дБ в X.

Радиолокатор проходит стенку дважды: 0,5 дБ в одну сторону — минус 5,6 % дальности.

Стенка A-сэндвич — жёсткая, лёгкая и широкополосная; монолитная либо слабая, либо узкополосная.

Диаметр — по сфере вращения антенны плюс зазор; в серии KADAMM RDS-4/25 десять диаметров от 4 до 25 м.

Что такое радиопрозрачное укрытие и зачем оно антенне

Радиопрозрачное укрытие (РПУ, радом, радиопрозрачный купол) — оболочка, внутри которой стоит антенна вместе с поворотным устройством. Для сигнала оболочка почти незаметна, а для ветра, снега, льда и солнца это стена. Без неё большое зеркало радиолокатора принимает ветровую нагрузку целиком: растут моменты на опорно-поворотном устройстве и на башне, налипший снег и лёд искажают диаграмму направленности, механизм нагревается на солнце и изнашивается от пыли и влаги. Под укрытием антенна вращается в закрытом объёме, и её механику можно рассчитывать на спокойный воздух.

Слово «обтекатель антенны» встречается в поиске почти так же часто, но обычно означает другое: радиопрозрачную крышку на самой антенне — на раскрыве зеркала, рупора или на корпусе панели. Обтекатель движется вместе с антенной и защищает только её излучающую часть. Укрытие — отдельное сооружение на фундаменте, внутри которого антенна свободно поворачивается. В этой статье речь об укрытиях для антенн радиолокаторов: метеорологических, аэродромных и обзорных.

Укрытие выбирают по трём вопросам. В каком диапазоне работает антенна — от этого зависят потери на проход. Какой у антенны размер вместе с поворотным устройством — от этого зависит диаметр. На какую площадку ставят — от этого зависят требования к ветру, снегу, температуре и комплектации. Ниже разбираем каждый вопрос с цифрами серии KADAMM RDS-4/25 — сферических укрытий диаметром от 4 до 25 м.

Радиопрозрачность: как оболочка влияет на сигнал

Радиопрозрачность материала — способность пропускать радиоволну с малыми потерями и малыми искажениями. Идеально прозрачной оболочки нет: часть энергии отражается от границ стенки, часть поглощается в диэлектрике, часть рассеивается на швах и крепеже. Поэтому у укрытия две группы электрических характеристик.

Потери на проход — на сколько децибел ослабевает сигнал, прошедший через стенку в одну сторону. Главная цифра при выборе.
Искажения — что оболочка делает с работой антенны: рост боковых лепестков, ошибка направления луча, изменение кроссполяризационной составляющей, ширины луча и КСВН на входе антенны.

Для радиолокатора потери на проход значат вдвое больше, чем для линии связи: сигнал проходит стенку на передачу и на приём. При потерях 0,5 дБ в одну сторону радиолокатор теряет 1 дБ энергии эха. Дальность обнаружения пропорциональна корню четвёртой степени из принятой мощности, поэтому двойной проход уменьшает её в 10^L/20 раз, где L — потери в одну сторону в децибелах. Подробнее о формуле дальности — в статье о радиолокационных антеннах и ФАР.

Потери в одну сторону	Проходит мощности	Потери за два прохода	Дальность РЛС
0,2 дБ	95,5 %	0,4 дБ	97,7 % от дальности без укрытия
0,3 дБ	93,3 %	0,6 дБ	96,6 %
0,5 дБ	89,1 %	1,0 дБ	94,4 %
1,0 дБ	79,4 %	2,0 дБ	89,1 %

Расчёт по формулам для идеального случая; дождь, снег и загрязнение оболочки добавляют потери сверх этих цифр. Таблица показывает, почему разница в 0,3–0,5 дБ между стенками и диапазонами для радиолокатора заметна: это несколько процентов дальности, которые иначе пришлось бы покупать мощностью передатчика.

Какую стенку выбрать

Радиопрозрачные материалы для укрытий — стеклопластики и лёгкие пенопласты. Важны два свойства: малая диэлектрическая проницаемость (меньше отражение на границах) и малый тангенс угла потерь (меньше поглощение). Металл в пути сигнала недопустим, поэтому крепёж и кольцо выносят на швы и основание. Из этих материалов собирают стенку одного из нескольких типов.

Масштаб условный. C-сэндвич — два A-сэндвича подряд (три обшивки, две сердцевины), его применяют, когда одной сердцевины не хватает по прочности. Серия KADAMM RDS-4/25 сделана со стенкой A-сэндвич.

Тонкая монолитная стенка

Лист стеклопластика толщиной много меньше длины волны. Отражение от такого листа мало, и стенка прозрачна в широкой полосе. Ограничение механическое: для оболочки диаметром несколько метров тонкий лист не держит ветер и снег без частого каркаса, а каркас сам рассеивает сигнал.

Полуволновая монолитная стенка

Толщину подбирают так, чтобы она была около половины длины волны в материале: отражения от внешней и внутренней границ гасят друг друга. Стенка прочная, но настроена на частоту: в стороне от неё отражение растёт. Для укрытия, которое должно работать в нескольких диапазонах или с перестраиваемым радиолокатором, это неудобно.

A-сэндвич

Две тонкие обшивки из стеклопластика и сердцевина из пенопласта с низкой диэлектрической проницаемостью. Обшивки несут нагрузку, сердцевина разносит их и почти не участвует в отражении. Получается жёсткая и лёгкая стенка, в которой на пути сигнала мало диэлектрика: отсюда низкие потери на проход в широкой полосе. Это основной тип для больших наземных укрытий РЛС, на нём сделана серия KADAMM RDS-4/25. Если поиск приводит вас к «сэндвич-панелям из стеклопластика» — для радиолокатора важна не прочность панели сама по себе, а прошедшие заводскую проверку потери на проход в вашем диапазоне.

C-сэндвич

Два A-сэндвича подряд: три обшивки и две сердцевины. Он прочнее, но сложнее в изготовлении и уже по полосе. Применяют, когда одной сердцевины не хватает по нагрузкам.

Швы важнее, чем кажется. Большое укрытие собирают из панелей. Одинаковые панели дали бы периодическую решётку швов, а она поднимает боковые лепестки антенны в определённых направлениях. Поэтому оболочку KADAMM RDS-4/25 собирают из шестиугольных и пятиугольных панелей разного размера (квазислучайная разбивка), а швы уплотняют прокладками EPDM и герметиком.

Ещё одна деталь стенки — наружное покрытие. Стандартное покрытие серии — глянцевый гелькоут белого цвета RAL 9010. Вода на глянцевой поверхности собирается в капли и стекает, а не растекается сплошной плёнкой; сплошная водяная плёнка в дождь заметно увеличивает потери. По заказу возможны другие цвета RAL, в том числе разные цвета на разных панелях, а также гидрофобное и противообледенительное покрытие поверх гелькоута.

Какой диапазон и какие потери

Потери на проход растут с частотой: чем короче волна, тем сильнее на неё влияют толщина обшивок, швы и неоднородности. В диапазонах P и L стенка сэндвич почти незаметна на любом диаметре, в X потери уже приближаются к децибелу. Поэтому сначала смотрят диапазон антенны, а потом диаметр.

Диапазон	Частоты	Типичное применение	Диаметры серии
P	0,3–1 ГГц	РЛС дальнего обзора	4–25 м
L	1–2 ГГц	управление воздушным движением, метеорология	4–25 м
S	2–4 ГГц	метеорологические радиолокаторы	4–25 м
C	4–8 ГГц	метеорология, точный обзор	4–13,4 м
X	8–12 ГГц	наземный и морской обзор	4–11,8 м

Худшее значение в полосе, в одну сторону, по таблице исполнений серии. Линия диапазона обрывается на последнем диаметре, для которого он входит в ряд: C — до 13,4 м, X — до 11,8 м.

Из графика видно три вещи. В P потери не превышают 0,2 дБ на всех диаметрах. В L и S от 13,4 м цифра чуть больше — 0,25 и 0,35 дБ: большая оболочка требует более толстых обшивок. В C и X потери растут с диаметром, и для X ряд заканчивается на 11,8 м, для C — на 13,4 м. Если антенне диапазона X нужно укрытие больше 11,8 м, это отдельный расчёт стенки.

Что ещё укрытие вносит в работу антенны

Потери — не единственная цифра. Для укрытия диаметром 20 м со стенкой A-сэндвич в S-диапазоне контрольный набор параметров такой:

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 параметры задаются для конкретной пары «антенна — укрытие» в каждом проекте, поэтому для заявки нужны характеристики антенны: частота, ширина луча, уровень боковых лепестков, поляризация. Каждое укрытие перед отгрузкой проходит заводские испытания: 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.

Как выбрать диаметр

Диаметр укрытия определяет не мощность и не диапазон, а габарит антенны. Порядок такой.

Схема условная. Пунктир — сфера, которую описывает край зеркала при всех положениях поворотного устройства. Диаметр укрытия берут таким, чтобы между этой сферой и оболочкой оставался зазор по чертежу антенны.

Возьмите чертёж антенны с поворотным устройством. Нужна сфера, которую описывает край зеркала или решётки при всех углах азимута и места: её радиус считают от центра вращения.
Совместите центры. Центр вращения антенны обычно ставят в центр сферы укрытия: тогда луч в любом положении проходит стенку под близкими углами, и искажения одинаковы по всему сектору.
Добавьте зазор. Между зоной вращения и оболочкой нужен запас на монтаж, обслуживание и прогиб оболочки под ветром. Его определяют по чертежу и нагрузкам площадки.
Выберите ближайший больший типоразмер. В серии 10 диаметров: 4,0; 5,0; 6,5; 8,6; 10,7; 11,8; 13,4; 17,0; 20,0 и 25,0 м. Например, по запросу «радиопрозрачное укрытие диаметр 8 м» подойдёт исполнение 8,6 м, если антенна и зазор в него помещаются.
Проверьте высоту. Типовая высота укрытия указана в таблице ниже; она зависит от усечения сферы (стандартное — 0,68) и уточняется под антенну и площадку.

Исполнение	Диаметр, м	Высота, м	P	L	S	C	X
KADAMM RDS-40	4,0	3,5	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,4	≤0,5
KADAMM RDS-50	5,0	4,5	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,4	≤0,6
KADAMM RDS-65	6,5	5,5	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,5	≤0,8
KADAMM RDS-86	8,6	6,5	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,5	≤0,9
KADAMM RDS-107	10,7	8,5	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,6	≤0,9
KADAMM RDS-118	11,8	9,4	≤0,2	≤0,2	≤0,3	≤0,6	≤1,0
KADAMM RDS-134	13,4	11,7	≤0,2	≤0,25	≤0,35	≤0,6	—
KADAMM RDS-170	17,0	12,8	≤0,2	≤0,25	≤0,35	—	—
KADAMM RDS-200	20,0	16,6	≤0,2	≤0,25	≤0,35	—	—
KADAMM RDS-250	25,0	18,7	≤0,2	≤0,25	≤0,35	—	—

Потери в таблице — в децибелах, в одну сторону, худшее значение в полосе. Прочерк означает, что диапазон не входит в стандартный ряд этого диаметра. Все исполнения собраны в одной карточке KADAMM RDS-4/25, раздел каталога — обтекатели и радиопрозрачные укрытия антенн.

Нагрузки площадки: ветер, снег, температура

Стандартное исполнение серии рассчитано на ветер выживания 67 м/с (укрытие остаётся целым), снеговую нагрузку 300 кг/м², рабочую температуру от −40 до +55 °C при максимальной солнечной радиации, хранение от −55 до +60 °C. Срок службы — не менее 15 лет. Для площадок с более сильным ветром, снегом или другой температурой нагрузки задаются по проекту: пришлите данные района установки.

Нагрузки с оболочки собирает опорное кольцо из стали горячего цинкования стандартной высотой 100 мм и передаёт их на фундамент. Фундамент и закладные детали делает заказчик по проекту специализированной организации; мы передаём нагрузки на фундамент, габаритные чертежи и допуски. Масса укрытия зависит от диаметра, усечения и комплектации — уточняйте у менеджера.

На башнях и в горах отдельно решают вопрос монтажа: оболочку собирают на месте с лесов или собирают на земле и поднимают краном за кольцо. Для площадок без подъезда применялся подъём вертолётом.

Что входит в поставку

Типовой комплект укрытия:

оболочка из панелей A-сэндвич, металлическое опорное кольцо, болты, крепёж и уплотнения;
ворота с электроприводом (например, проём 4500 × 4600 мм) и дверь (например, 1000 × 1800 мм) — размеры по проекту;
вентиляционный колпак в вершине, молниеотвод с токоотводом, заградительный огонь для воздушных судов;
тросы для очистки снега, лестница для обслуживания, внутреннее освещение, проходы для кабелей и дренаж.

По проекту добавляют защиту от обледенения, усиленную молниезащиту, кондиционирование или принудительную вентиляцию, ворота и двери других размеров. Состав подбирают под площадку и антенну.

Обслуживание

Регулярное обслуживание укрытия сводится к проверке уплотнений швов и затяжки крепежа. Снег и лёд с оболочки сбрасывают тросами, закреплёнными в вершине. Через 10 лет после монтажа рекомендуется полное обследование оболочки.

Как подобрать укрытие: короткий чек-лист

Диапазон и полоса антенны — определяют, какие потери на проход получатся и есть ли нужный диаметр в ряду для этого диапазона.
Чертёж антенны с поворотным устройством — определяет диаметр и высоту.
Характеристики антенны — ширина луча, уровень боковых лепестков, поляризация: по ним задают допустимые искажения.
Условия площадки — ветер, снег, температура, высота башни, подъезд для крана.
Комплектация — ворота, двери, вентиляция, молниезащита, заградительный огонь, освещение.

Безопасность. Работы внутри укрытия при включённом передатчике радиолокатора не ведут. Подъём на оболочку для очистки или осмотра — только по наряду, со страховкой и при остановленной антенне.

Модели

RDS-4/25

KADAMM RDS-4/25

Сферические радиопрозрачные укрытия

Ø4–25 м, стенка A-сэндвич, 0,3–12 ГГц, потери на проход от ≤0,2 дБ, ветер 67 м/с, 10 исполнений.

Открыть карточку

Частые вопросы

Оболочка-купол на фундаменте, внутри которой стоит антенна с поворотным устройством. Она защищает антенну от ветра, снега, льда и солнца и пропускает сигнал с малыми потерями.

Обтекатель антенны ставят на саму антенну, он поворачивается вместе с ней. Укрытие — отдельное сооружение, внутри которого антенна вращается свободно.

У серии KADAMM RDS-4/25 — от ≤0,2 дБ в P и L до ≤1,0 дБ в X, в одну сторону. Радиолокатор проходит стенку дважды, поэтому потери эха вдвое больше.

Способность материала или конструкции пропускать радиоволну с малыми потерями и искажениями. Зависит от диэлектрической проницаемости, тангенса угла потерь, толщины стенки и частоты.

Стеклопластики для обшивок и лёгкие пенопласты для сердцевины. Металл в пути сигнала не используют.

При той же прочности в пути сигнала меньше диэлектрика, поэтому потери меньше, а полоса шире. Монолитная стенка либо слишком слабая (тонкая), либо узкополосная (полуволновая).

По сфере вращения антенны с поворотным устройством плюс зазор. Затем выбирают ближайший больший типоразмер ряда 4,0–25,0 м и проверяют высоту.

Ближайшее исполнение серии — 8,6 м с типовой высотой 6,5 м. Другие диаметры и усечения рассчитываются по проекту.

Стандартное исполнение: ветер выживания 67 м/с, снег 300 кг/м², от −40 до +55 °C. Другие условия — по проекту.

Стандартное покрытие — белый глянцевый гелькоут RAL 9010: на нём вода не растекается плёнкой. Другие цвета — по заказу.

В разделе обтекателей и радиопрозрачных укрытий каталога KADAMM. Пришлите диапазон, чертёж антенны и условия площадки — рассчитаем диаметр, комплектацию, стоимость и срок.