СПОСОБ ЗАЩИТЫ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБЪЕКТА ОТ ОБНАРУЖЕНИЯ ЕГО РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИЕЙ Российский патент 2000 года по МПК H01Q17/00 

Изобретение относится к устройствам для поглощения излучаемых антенной радиоволн и может быть использовано в наземной, наводной, авиационной и космической технике для уменьшения радиолокационной заметности объектов.

Отражение сигнала радиолокационной станции от объекта основано на возбуждении модулированным сигналом, приходящим от РЛС, индукционных токов в материале объекта, которые создают в окружающем пространстве модулированные электромагнитные поля. Совокупность таких полей индуцирует в элементе приемной антенны РЛС ток, который идентифицируется как сигнал, отраженный от объекта. Облучаемые объекты, как правило, имеют сложную геометрическую форму, поэтому электромагнитные поля приходят к приемной антенне с различной начальной фазой, т.е. часть из них складывается, другие вычитаются. Таким образом формируются так называемые "блестящие точки" и "блестящие линии".

Из физических представлений и теории сигналов известно (Х.Кухлинг "Справочник по физике", М. "Мир", 1983, с. 338-339), что максимальный индукционный ток в проводнике возникает при перпендикулярном взаимном положении вектора поля и проводника. При облучении объектов сложной формы наибольшие токи возникают на кромках поверхностей объекта (в самолете: киль, воздухозаборники двигателя, передние и задние кромки крыльев и т.п.), регулярных фрагментах поверхности (плоская или равномерно искривленная боковая поверхность фюзеляжа, обтекатели) и т.д. с учетом их ориентации относительно вектора поля.

Известен способ уменьшения радиолокационной заметности объекта за счет придания ему геометрической формы, при которой количество фрагментов объекта, хорошо отражающих радиолокационный сигнал с ожидаемого направления облучения (как правило, с "носа" объекта), сведено к минимуму. Это достигается за счет устранения острых кромок, зон с уголковым эффектом и т.д. (Бочкарев А. М., Долгов М.Н. "Радиолокация малозаметных летательных аппаратов". Зарубежная радиоэлектроника. - 1989, N 3, с. 3-17).

Недостатком этого способа является ухудшение его эффективности при облучениии объекта с неожидаемых направлений; кроме того, требования к геометрической форме могут вступать в противоречие с требованиями к аэродинамике объекта.

Известны способы уменьшения обратного излучения, основанные на использовании поглощающих и интерференционных радиолокационных покрытий (Бочкарев А.М., Долгов М.Н. "Радиолокация малозаметных летательных аппаратов". - 1989, N 2, с. 3-17; Алимин Б.Ф. "Современные разработки поглотителей электромагнитных волн и радиопоглощающих материалов". Зарубежная радиоэлектроника 1989, N 2, с. 75-82). Такие покрытия наносятся на фрагменты объекта, интенсивность отражения от которых необходимо уменьшить.

Поглощающие и интерференционные покрытия могут значительно утяжелить защищаемый объект. Это является их недостатком.

Наиболее близким к заявляемому способу ослабления обратного излучения является способ, при котором объект заряжается до высокого потенциала (около 200000 В) положительными зарядами с применением генератора Ван-дер-Граафа (Wave Attenuation. Boyd B.Bushman. Патент N 5420588, 30 мая 1995 г.).

В указанном способе ослабление обратного излучения объекта достигается за счет уменьшения индукционных токов, возникающих в материале защищаемого объекта при его облучении сигналом РЛС, путем уменьшения подвижности свободных электронов в материале объекта, при его заряде до высокого уровня.

Недостатком указанного способа является необходимость иметь на борту защищаемого объекта достаточно объемные и тяжелые приборы (генераторы Ван-дер-Граафа). Кроме того, мощное электростатическое поле оказывает отрицательное влияние на работу электронного оборудования объекта, а также на здоровье экипажа. Требуется дополнительная защита для уменьшения этого воздействия.

Таким образом, решаемой задачей является уменьшение вторичного излучения радиолокационного объекта путем уменьшения индукционного тока, протекающего во фрагменте объекта.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в уменьшении индукционных токов, согласно изобретению в защищаемом объекте выявляют фрагменты конструкции, имеющие наибольшую интенсивность отражения, и создают в них электрические токи, направления которых противоположно направлениям токов, возникающих при облучении объекта электромагнитным сигналом РЛС.

Поставленная задача решается, например, тем, что фрагмент объекта помещают внутрь витков соленоида, выводы которого замкнуты накоротко.

Поясним сущность предлагаемого технического решения. В процессе обнаружения объекта с помощью радиолокационной станции он облучается модулированным электромагнитным сигналом. В соответствии с законом электромагнитной индукции во фрагменте объекта, находящимся в переменном электромагнитном поле, индуцируется переменный ток. Максимум индуцированного тока пропорционален величине (Х.Кухлинг "Справочник по физике", М. "Мир", 1983):
i_ф ≈ -ω/R_ф•dΦ_PЛC/dt,
где Ф_рлс - максимальное значение магнитного потока;
R_ф - сопротивление фрагмента;
ω - круговая частота изменения магнитного потока (несущая частота сигнала).

Ток фрагмента формирует поле, магнитный поток которого определяется в виде (здесь для простоты предполагается, что фрагмент имеет вид тонкого проводника):
Φ_ф = ∫μ₀•i_ф/(2πr)dA,
где A площадь поперечного сечения поля;
r - расстояние от проводника в плоскости, перпендикулярной проводнику;
μ₀ - магнитная постоянная.

Суперпозиция полей фрагментов объекта образует поле объекта и индуцирует в антенне приемника РЛС суммарный ток, который принимается как отраженный от объекта сигнал.

Таким образом, причиной вторичного излучения радиолокационного объекта являются индукционные токи в материале объекта. Уменьшение этих токов приведет к уменьшению формируемых фрагментами объекта электромагнитных полей и как следствие к уменьшению радиолокационной заметности объекта и увеличению его защищенности от обнаружения РЛС.

Согласно изобретению в радиолокационном объекте выделяются фрагменты, которые оказывают наибольшее влияние в суммарном поле объекта. Такие фрагменты известны: это прежде всего кромки конструкции объекта, перпендикулярные (или близкие к нему) направлению поля, которые ведут себя как диполи. Уменьшить токи в этих фрагментах можно, создавая вокруг них электромагнитное поле противоположного направления. Такое поле может быть создано с помощью соленоида, витки которого охватывают фрагмент объекта.

Магнитный поток фрагмента Ф_ф, который образуется при облучении фрагмента сигналом РЛС, пронизывает витки соленоида и индуцирует в нем ток i_с, который образует собственное магнитное поле, индуцирующее в свою очередь во фрагменте еще один ток:
i_C ≈ -ω•N_C/R_C•dΦ_ф/dt,
где Ф_ф - магнитный поток, индуцируемый током i_ф;
N_С - число витков соленоида;
R_С - сопротивление соленоида.

Ток i_С, индуцируемый полем соленоида, всегда противоположен току фрагмента i_ф и компенсирует его. Степень компенсации тока i_ф определяется отношением f = |i_C/i_ф|, f < 1. Чем ближе величина f к единице, тем больше компенсируется ток фрагмента объекта. Из выражения для i_с следует также, что степень уменьшения отражения сигнала от фрагмента прямо пропорциональна числу витков соленоида N_С, т.е. его индуктивности. Энергия магнитного поля фрагмента объекта рассеивается на обмотке соленоида в виде тепла.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором изображено установленное на объекте предлагаемое устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит короткозамкнутый соленоид 1, внутри которого заключен защищаемый фрагмент конструкции объекта 2. При этом нитки соленоида могут охватывать элемент конструкции целиком (например, стойку шасси самолета) или пронизывать объект (через соответствующие отверстая в корпусе фрагмента) насквозь (например, кромку крыла самолета, как это изображено на чертеже). Число витков соленоида зависит от требуемой защищенности объекта от обнаружения и увеличивается с ростом этого параметра.

Материалом соленоида может быть изолированная тонкая медная проволока или слой медного напыления, изолированный от защищаемого фрагмента слоем диэлектрика.

Устройство работает следующим образом. При облучении объекта высокочастотным радиолокационным сигналом во фрагментах объекта индуцируются переменные токи.

Индукционный ток в защищаемом фрагменте 2 возбуждает в короткозамкнутом соленоиде 1, охватывающем этот фрагмент, магнитное поле. Под действием этого поля во фрагменте объекта индуцируется ток, направление которого всегда противоположно направлению тока, возникающего при облучении. В результате часть тока, индуцированного сигналом РЛС, компенсируется и выделяется в виде тепла.

Изобретение относится к устройствам для поглощения излучаемых антенной радиоволн и может быть использовано в наземной, наводной, авиационной и космической технике для уменьшения радиолокационной заметности объектов. Технической задачей является уменьшение вторичного излучения радиолокационного объекта путем уменьшения индукционного тока, протекающего во фрагменте объекта. Поставленная задача решается тем, что в известном способе, заключающемся в уменьшении индукционных токов, согласно изобретению в защитном объекте выявляют фрагменты конструкции, имеющие наибольшую интенсивность отражения, и создают в них электрические токи, направления которых противоположны направлениям токов, возникающих при облучении объекта электромагнитных сигналом РЛС. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ защиты радиолокационного объекта от обнаружения его РЛС, заключающийся в уменьшении индукционных токов защищаемого радиолокационного объекта, отличающийся тем, что в защищаемом радиолокационном объекте выявляют фрагменты конструкции, имеющие наибольшую интенсивность отражения, и создают в этих фрагментах электрический ток, направление которого противоположно направлению индукционного тока, возникающего при облучении защищаемого радиолокационного объекта электромагнитным сигналом РЛС. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что помещают фрагменты защищаемого радиолокационного объекта внутрь витков соленоида, выводы которого замкнуты накоротко.