Радиопрозрачная стенка обтекателя

 

Изобретение относится к радиотехнике. Радиопрозрачная стенка предназначена для антенных обтекателей и защитных укрытий антенн прицельных станций и систем сопровождения целей. Техническим результатом является улучшение радиотехнических характеристик обтекателей путем создания радиопрозрачной стенки, имеющей равнозначные амплитудные и фазовые характеристики для различно поляризованных волн. Обтекатели с предлагаемыми стенками обладают скалярными свойствами, т.е. минимальными поляризационными потерями и стабильными характеристиками ошибок пеленга, независимыми от флюктуации поляризации отраженного от цели сигнала. Предлагается конструкция радиопрозрачной стенки обтекателя, содержащая диэлектрик, внутри которого расположены металлические элементы в виде одной или двух пар проволочных решеток. Одновременно предлагаемая конструкция стенки позволяет решать задачи увеличения прочности обтекателя и может быть использована для антенных обтекателей ГСН миллиметрового диапазона волн. 4 ил., 7 табл.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования преимущественно в производстве антенных обтекателей и защитных укрытий антенн прицельных станций и систем сопровождения целей.

Известны радиопрозрачные стенки, в том числе с реактивными решетками из металлических элементов с индуктивной (B_L) или емкостной (В_C) проводимостью [1].

Недостатком таких стенок является существенное различие коэффициентов прохождения КП и фазовых запаздываний Δψ для различно поляризованных волн, т. е. перпендикулярной (КП⊥, Δψ⊥) и параллельной () поляризаций. Особенно различие велико на углах падения электромагнитной волны Θ₀ ≥ 60^o и достигает для КП⊥ - до 30%, а разность фаз до 25^o - 30^o.

Известна радиопрозрачная стенка из диэлектрика толщиной t = 0,1λ₀, внутри которой расположены металлические элементы в виде проволок [2], где λ₀ - длина волны в свободном пространстве, падающей на стенку.

Кроме различия КП⊥ и и значительной разности фазовых запаздываний , такая стенка не может быть применена для головок самонаведения (ГСН), работающих на коротких волнах сантиметрового диапазона и на миллиметровых волнах из-за малой толщины и, следовательно, низкой прочности обтекателя (t ≅ 1 - 2 мм).

Характеристики такой стенки приведены в таблице 1, где t_n - толщина стенки, S_n - шаг решетки, d_n - диаметр провода, нормированные к длине волны λ₀, а S_g - шаг решетки относительно длины волны в диэлектрике .

Из результатов, приведенных в таблице 1, видно, что разность составляет около 40% от КП⊥. Это приводит к поляризационным потерям P⊥ около 30% Разность фазовых запаздываний достигает на Θ₀ = 80 - 25^o, a Θ₀ = 82^o - 30^o, что соответственно приводит к поляризационным потерям P⊥ = 4.7% и P⊥ = 6.7%. Поляризационные потери из-за разности фазовых запаздываний равны Так как большинство антенных обтекателей летательных аппаратов имеют форму тела вращения, при значительных и поляризационные потери P⊥ оказываются существенными, что приведет к потере дальности действия радиолокационной станции (РЛС). Для летательных аппаратов с контуром управления характеристики ошибок пеленга антенны Δα = f(α), вызванные антенным обтекателем, будут зависеть от ориентации вектора поляризации относительно плоскости пеленга (α - угол пеленга антенны).

Ошибки пеленга таких обтекателей (Δα = f(α)) носят сложный характер, так как они зависят от флюктуации поляризации отраженного от цели сигнала, а векторный характер электромагнитного поля обуславливает появление поляризационных искажений, приводящих к изменению КП обтекателя и ошибок пеленга Δα в зависимости от характеристик его радиопрозрачной стенки. Существенные изменения КП и ошибок пеленга приводят к потере дальности и ухудшению качества сопровождения целей.

Предлагаемое изобретение направлено на создание (синтез) стенки, у которой коэффициенты прохождения (КП) и фазовые запаздывания (Δψ) для различных поляризаций проходящих электромагнитных волн (параллельной и перпендикулярной) практически не отличаются, т.е. КП⊥ - < 5%, a < 5^o в диапазоне углов падения электромагнитных волн Θ₀ (до 80^o - 82^o) на заданных частотах.

Обтекатели с такими стенками, имеющими равнозначные амплитудные (КП) и фазовые (Δψ) характеристики, обладают скалярными свойствами, т.е. такие радиопрозрачные стенки обеспечивают минимальные поляризационные потери (P⊥ < 1 - 2%) в обтекателе и характеристики ошибок пеленга антенны Δα = f(α), независимые от поляризационных характеристик отраженного от цели сигнала.

Целью предлагаемого изобретения является улучшение радиотехнических характеристик обтекателя при одновременном повышении его прочности для использования в ГСН, работающих на коротких волнах сантиметрового диапазона и на миллиметровых волнах.

Указанная цель достигается за счет того, что у радиопрозрачной стенки обтекателя, содержащей диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной t, внутри которого расположены металлические элементы с индуктивной проводимостью, электрическая толщина диэлектрика Φ составляет (1.3 - 1.6)n•π радиан, где n = 1 или 2, а металлические элементы выполнены в виде n пар проволочных решеток с расстоянием между ними и шагом между элементами S_g = (0.2 - 0.3), нормированным к длине волны в диэлектрике, при этом пары решеток установлены от каждой поверхности диэлектрика на расстоянии а электрическая толщина радиопрозрачной стенки составляет n•π радиан.

На фиг. 1 представлено схемное изображение радиопрозрачной стенки из диэлектрика с диэлектрической проницаемостью ε толщиной t, внутри которого расположена решетка из металлических элементов с индуктивной проводимостью В_L. Для прототипа [2] ε = 4, t/λ₀ = 0.1.

Радиотехнические характеристики и параметры подобной стенки (прототипа) приведены в таблице 1.

На фиг. 2 показана схема рассматриваемых радиопрозрачных стенок толщиной t с n = 1, т.е. с одной парой проволочных решеток, с расстоянием между ними в толщине диэлектрика , установленных от каждой поверхности диэлектрика на расстоянии .

Радиотехнические характеристики и параметры таких стенок приведены в таблицах 2, 3, 4, 6, 7.

На фиг. 3 показана схема предлагаемой радиопрозрачной стенки толщиной t с n = 2, т.е. с двумя парами проволочных решеток, с расстоянием между ними в толщине диэлектрика , установленных от каждой поверхности диэлектрика на расстоянии . Радиотехнические характеристики и параметры таких стенок приведены в таблице 5.

На Фиг. 4 дана схема расположения проволок в решетке с шагом между ними S_g, имеющей индуктивную проводимость B_L.

Радиопрозрачные стенки, синтезированные с учетом предлагаемых условий, обладают равенством амплитуд (КП) и фаз (Δψ) различно поляризованных составляющих электромагнитного поля.

Расчеты радиотехнических характеристик проводятся по специально отработанным компьютерным программам.

Анализ результатов синтеза таких стенок, т.е. их параметров и радиотехнических характеристик приведенных в таблицах 2, 3, 6 и 7 (n = 1), при различных диэлектрических проницаемостях ε диэлектрика показывает, что КП и Δψ° для параллельной и перпендикулярной поляризаций практически равны (ΔКП ≅ 0.02, ≅ 2^o) в диапазоне углов падения Θ₀ = 0 - 82^o.

Такими характеристиками при толщинах диэлектрических стенок больше полуволновой (Φ ≥ π радиан) не обладает ни одна среди аналогов и прототипа радиопрозрачных стенок, применяемых на практике в антенных обтекателях.

Предлагаемые радиопрозрачные стенки, имеющие толщину (1.3 - 1.6)n•π, т. е. больше полуволновых (n = 1), могут быть использованы также для увеличения прочности обтекателя.

Предлагаемая стенка с установкой двух пар проволочных решеток (n = 2) имеет высокие радиотехнические характеристики (см. таблицу 5) при значительной толщине диэлектрика (t = 0.9λ₀). Такая стенка по радиотехническим и прочностным параметрам может быть использована для антенных обтекателей ГСН миллиметрового диапазона волн.

В таблице 4 приведены характеристики радиопрозрачной стенки, у которой шаг решетки меньше указанного в формуле изобретения, т.е. S_g < 0.2.

Сравнение этой стенки со стенкой, указанной в таблице 3 (S_g = 0.2445), показывает, что ΔКП увеличилась на угле падения Θ₀ = 40^o с 0.02 до 0.102, т. е. в 5 раз, a - с 0.3^o до 4.5^o (на Θ₀ = 60^o).

Синтез радиопрозрачной стенки заключается в определении параметров t и S_g при минимальных Δ КП и в требуемом диапазоне углов падения ( Θ₀ = 0^o - 82^o) для выбранного материала (ε) и диаметра проводов решетки (dn).

Стенка с ε = 3.4, B_L с S_g = 0.24, tn = 0.4, Φ = 1.24, т.е. < 1.3 также имеет увеличенные Δ КП и (для Θ° = 80^o ΔКП = 0.065, = 7.4^o, для Θ° = 82^o ΔКП = 0.076, = 8.2^o).

Формула изобретения

Радиопрозрачная стенка обтекателя, содержащая диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε и толщиной t, внутри которого расположены металлические элементы с индуктивной проводимостью, отличающаяся тем, что электрическая толщина диэлектрика Φ составляет (1,3...1,6)n•π рад, где n - 1 или 2, а металлические элементы выполнены в виде n пар проволочных решеток, с расстоянием между ними и шагом между элементами Sg-(0,2-0,3), нормированным к длине волны в диэлектрике, при этом пары решеток установлены от каждой поверхности диэлектрика на расстоянии , а электрическая толщина радиопрозрачной стенки составляет •π рад.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7