Управляемое устройство отражением электромагнитных волн

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для управления величиной эффективной площади рассеяния облучаемого объекта. Устройство представляет собой планарную решетку из параллельных горизонтальных звеньев, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, каждый из которых состоит из последовательно соединенных активных элементов-проводников с управляемой проводимостью. Решетка расположена на определенном расстоянии в направлении распространения электромагнитной волны от металлической отражающей подложки, в качестве которой может быть использована электропроводящая защищаемая поверхность, и вмонтирована в кассету из радиопрозрачного материала. Техническим результатом является уменьшение отраженного от электропроводящей поверхности сигнала по полю в среднем на 30-70%. 2 ил., 1 табл.

 

Устройство относится к области техники, связанной с использованием электромагнитного излучения, а более конкретно к области радиолокации, связанной с управляемым рассеянием электромагнитных волн различными объектами и разработкой методов и средств, обеспечивающих изменение уровня обратного рассеяния. При этом под изменением уровня рассеяния в широком смысле понимается целенаправленное изменение в заданных пределах различных информативных радиолокационных характеристик объекта во времени и (или) в пространстве. Основными средствами управляемого рассеяния электромагнитных волн являются противорадиолокационные покрытия, структуры и устройства, размещаемые на поверхности объекта или вблизи нее (под объектами понимаются простые тела, «блестящие элементы» конструкций реальных и ложных целей, радиолокационные отражатели).

Известны структуры и устройства, изменяющие величину рассеяния электромагнитных волн облучаемых объектов, - «Зарубежная радиоэлектроника» №6, 1994, стр. 11; по патентам США №5223849 МПК H 01 Q 1/36, 1993 и №5214432, МПК H 01 Q 17/00, 1993; по патентам РФ №1490696, МПК H 01 Q 15/00, 1989; №2125327, МПК H 01 Q 17/00, 1999; №2169417; МПК H 01 Q 15/14, 2001.

Наиболее близкими по технической сущности к достигаемому результату являются:

1) устройство по патенту РФ №2125327, МПК H 01 Q 17/00, 1999, представляющее собой поглощающее покрытие для ослабления отраженных электромагнитных волн, которым является неоднородная по всем направлениям поверхность, состоящая из чередующихся между собой емкостных и индуктивных элементов;

2) устройство по патенту США №5214432, МПК H 01 Q 17/00, 1993, которое представляет собой планарную решетку из поглощающих элементов, расположенную на определенном расстоянии в направлении распространения электромагнитных волн от электропроводного отражающего экрана, и которое принято за прототип. Устройство содержит элемент из радиопрозрачного материала, предназначенный для поддержания поглощающих элементов перед отражающим экраном. Планарная решетка состоит из множества дискретных и относительно пространственно разнесенных поглощающих элементов определенного полного сопротивления. Устройство содержит также элемент для резистивной нагрузки поглощающих элементов для изменения полного сопротивления поглощающих элементов, что дает возможность увеличить степень их поглощения электромагнитной энергии, что соответственно приводит к уменьшению переотраженного сигнала.

Основным недостатком вышеуказанных устройств является невозможность в процессе эксплуатации управления величиной вторичного электромагнитного поля без изменения конструкции, замены элементов, изменения расстояния между ними.

Цель изобретения - снижение эффективной площади рассеяния (ЭПР) облучаемого объекта. Поставленная цель достигается созданием устройства, предназначенного для нанесения на поверхность объекта для решения задачи управления отраженным этим объектом электромагнитным полем (то есть для решения задачи управления ЭПР этого объекта). Предлагаемое устройство представляет собой планарную решетку (Фиг.1) из параллельных горизонтальных звеньев, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, каждое из которых состоит из последовательно соединенных активных элементов-проводников с управляемой проводимостью. В качестве активных элементов с управляемой проводимостью используются последовательно соединенные полупроводниковые диоды (1), включенные в прямом направлении (открытое состояние диода). Регулировка проводимости этих диодов осуществляется путем изменения напряжения, приложенного к диодам. Решетка вмонтирована в пенопластовую (радиопрозрачный материал) кассету (2) и расположена перед металлической подложкой (3) на расстоянии порядка λ/4. В качестве подложки в предлагаемом устройстве можно использовать электропроводящую поверхность защищаемого объекта. Решетка состоит из 16 параллельных звеньев, в каждом из которых последовательно соединены 10 диодов типа Д220Б (Фиг.1). Схема соединения диодных звеньев показана на Фиг.2.

Равное расстояние между звеньями в решетке выбрано согласно принципам работы эквидистантной решетки, а шахматный порядок расположения диодов выбран из удобства конструктивного размещения диодов решетки. Устройство работает следующим образом. Диод в прямом направлении можно рассматривать как проводник, обладающий неким сопротивлением. Тогда одно звено в описываемой решетке можно представить как ряд последовательно соединенных проводников-сопротивлений. При увеличении подаваемого на такой ряд напряжения общее сопротивление звена будет падать и в пределе стремиться к нулю. В этом случае звено из диодов можно рассматривать как проводник, а всю диодную решетку как поляризационную решетку. Управление величиной электромагнитного поля, отраженного от такой поляризационной решетки, осуществляется изменением подаваемого на нее постоянного напряжения в пределах от 0 В до 10 В.

Величина вторичного электромагнитного поля, отраженного от конструкции «металлическая подложка - поляризационная решетка», в общем случае равна

где - комплексная амплитуда отраженного электромагнитного поля от решетки;

- комплексная амплитуда отраженного электромагнитного поля от подложки.

Величина - постоянна, тогда при изменении управляющего напряжения на диодах изменяется величина , следовательно, и величина общего отраженного электромагнитного поля.

При выборе расстояния между решеткой и подложкой равным λ/4 вследствие противофазности полей и создается возможность изменения величины вторичного электромагнитного поля, возникающего при облучении металлической подложки с решеткой, расположенной перед ней.

Устройство испытывалось в лабораторных условиях в диапазоне частот 8800 МГц÷10000 МГц.

Результаты испытаний представлены в таблице. По данным, собранным в указанной таблице, видно, что использование предлагаемого устройства дает возможность уменьшить отраженный от электропроводящей подложки сигнал по полю в среднем на 30-70%, что соответствует снижению ЭПР облучаемого объекта на 50-90%.

В таблице также представлены результаты испытаний, проводимых при различных значениях расстояния (l) и отражающей подложки. В предлагаемом устройстве планарная решетка из диодных звеньев находится на расстоянии, близком к четверти длины волны от подложки. При изменении этой величины эффект уменьшения отраженного сигнала ухудшается.

Устройство испытывалось при поляризации, ортогональной направлению расположения проводников-звеньев из диодов. Результаты измерения показали, что эффект изменения величины отраженного сигнала ниже примерно на 35%.

Полученные результаты по снижению ЭПР облучаемого объекта сохраняются при изменении частоты на 15÷20%.

Новизна изобретения выявлена из сравнения с прототипом и заключается в том, что предлагаемое устройство дает возможность управлять величиной отраженного сигнала и уменьшать ее значение до 70%, что соответствует критерию «новизна».

Достоинством предлагаемого устройства являются также малые значения управляющего напряжения и низкая мощность его источника. Конструкция имеет малый вес, удобна в эксплуатации, имеет низкую стоимость как с точки зрения цены используемых материалов, так и затрат на изготовление, а также низкую энергетическую мощность при эксплуатации.

Таблица Значения величины Vотр (В) вторичного поля при различных значениях постоянного напряжения, подаваемого на диодную решетку, и при различных расстояниях между решеткой и подложкой (l)
f, МГц	l=8 мм	l=11 мм	l=14 мм
	Напряжение, подаваемое на решетку, В
0	2	6	8	10	8	8
8800	70	65	40	38	36	56	62
9050	70	65	37	36	36	52	60
9215	70	64	34	32	32	52	58
9360	70	62	35	32	32	54	58
9518	70	66	35	34	35	54	58
9790	70	68	40	36	38	55	62
9910	70	68	43	40	38	58	62
10000	70	68	43	40	38	58	62

Управляемое устройство отражением электромагнитных волн, состоящее из сплошной металлической отражающей подложки, в качестве которой может быть использована электропроводящая защищаемая поверхность, слоя радиопрозрачного материала и планарной решетки, вмонтированной в слой радиопрозрачного материала и расположенной от отражающей подложки на расстоянии 1/4 длины волны электромагнитного поля, отличающееся тем, что планарная решетка представляет собой систему параллельных горизонтальных звеньев, расположенных на равном расстоянии друг от друга, каждый из которых состоит из последовательно соединенных активных элементов-проводников с управляемой проводимостью.