Пеленгационная система "антенна-обтекатель" Российский патент 2022 года по МПК G01Q10/00 

Изобретение относится к области авиационной и ракетной техники и может быть использовано при изготовлении пеленгационных систем «антенна-обтекатель».

Известен патент Франции №1521515, МКИ G01Q 1/425, опубл. 19.04.1968. Correction des aberrations des radomes de forme conique ou ogivale, в котором содержится пеленгующая антенна, установленная в полости радиопрозрачного обтекателя и дополнительные элементы в виде набора диэлектрических или перфорированных пластин, расположенных между антенной и стенкой обтекателя для компенсации ошибок пеленга за счет изменения коррекции фазового фронта прошедшей волны через радиопрозрачный обтекатель.

Известен патент США №4091388, МКИ H01Q 1/42, опубл. 23.05.1978. Boresight error compensation in boresighting antenna-radome syste, в котором содержится пеленгующая антенна, установленная в полости радиопрозрачного обтекателя и дополнительные элементы в виде двух перфорированных пластин, расположенных симметрично относительно оси радиопрозрачного обтекателя для компенсации ошибок пеленга за счет изменения коррекции фазового фронта прошедшей волны через радиопрозрачный обтекатель.

Недостатком представленных технических решений является то, что они предназначены для систем «антенна-обтекатель», в которых используется обтекатель с резонансными стенками, настроенными на узкий диапазон частот, поэтому компенсирующие элементы имеют селективный характер воздействия на угловые зависимости пеленгационных ошибок.

Недостатком представленных технических решений компенсации пеленгационных ошибок также является сложность крепления компенсирующих элементов, расположенных в пространстве между пеленгующей антенной и радиопрозрачным обтекателем.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является авторское свидетельство СССР № 568101, МКИ H01Q 1/42, опубл. 05.08.1977. Каплун В.А., Тимофеев Л.М. Радиопрозрачный обтекатель, в котором содержится пеленгующая антенна, установленная в полости радиопрозрачного обтекателя и компенсирующий диэлектрический элемент в виде трехмерной диэлектрической вставки, прикрепленной к внутренней поверхности носовой части радиопрозрачного обтекателя для компенсации ошибок пеленга за счет изменения коррекции фазового фронта волны, прошедшей через радиопрозрачный обтекатель.

Недостатком представленного технического решения является то, что представленный компенсирующий элемент компенсирует пеленгационные ошибки радиопрозрачного обтекателя с резонансными толщинами стенки, настроенными на определенный частотный диапазон. При использовании систем «антенна-обтекатель» с радиопрозрачным обтекателем с электрически тонкой стенкой в широком диапазоне частот, особенно в длиноволновом диапазоне частот, компенсация пеленгационных ошибок за счет изменения фазы прошедшей волны не эффективно.

Задачей предлагаемого решения является компенсация пеленгационных ошибок в системе «антенна-обтекатель» с радиопрозрачным тонкостенным обтекателем в длинноволновом диапазоне частот.

Поставленная цель достигается тем, что предлагается пеленгационная система «антенна–обтекатель», содержащая радиопрозрачный обтекатель, пеленгующую антенну и компенсирующий элемент из диэлектрика, расположенный во внутренней полости носовой части обтекателя, отличающаяся тем, что компенсирующий элемент установлен перпендикулярно плоскости пеленгации и выполнен в виде пластины, боковая поверхность которой сочленена с внутренней носовой поверхностью обтекателя, при этом относительные толщина и длина пластины рассчитываются по формулам соответственно:

где:

d - геометрическая толщина пластины;

- длина волны на верхней частоте f используемого длинноволнового диапазона;

с - скорость света;

ε - диэлектрическая проницаемость пластины,

где:

h - геометрическая длина пластины;

H_обт - длина обтекателя от его вершины до плоскости антенны.

Авторы установили, что для системы «антенна-обтекатель», работающей в длинноволновом диапазоне и содержащей радиопрозрачный обтекатель с электрически тонкой толщиной стенки на верхней частоте рабочего диапазона, основным источником пеленгационных ошибок являются поляризационные искажения прошедшего поля (Подольхов И.В., Крылов В.П., Кулиш В.Г., Ромашин В.Г., Каплун В.А. Математическое моделирование антенны в условиях влияния внешних факторов. Сборник докладов ХХVII научно-технической конференции «Теория и техника антенн» 23-24 августа 1994, М. с. 305-307). Это связано с тем, что при прохождении электрически тонкой стенки радиопрозрачного обтекателя фаза падающего поля меняется незначительно, а так как эффективные размеры антенн и радиопрозрачного обтекателя сравнимы с длиной волны на рабочих частотах, то электродинамическую структуру системы «антенна-обтекатель» необходимо рассматривать как единое целое, учитывая при этом взаимное влияние антенны и обтекателя (Крылов В.П., Подольхов И.В., Ромашин В.Г. Определение амплитуды трактовой волны приемной антенны в присутствии рассеивающего тела. Радиотехника, 2002, №11, с. 41-44). Поэтому в качестве компенсирующего элемента в систему «антенна-обтекатель» предлагается включить диэлектрическую пластину, расположенную между антенной и носком обтекателя, которая изменяет фазовую скорость волн, распространяющихся между антенной и радиопрозрачным обтекателем.

Известно, что для различных ориентаций векторов электромагнитного поля относительно расположения диэлектрической пластины фазовые скорости распространяющихся волн вдоль диэлектрической пластины различны (Воскресенский Д.И., Гостюхин В.Л., Максимов В.М., Пономарев Л.И. Устройства СВЧ и антенны, под ред. Воскресенского Д.И. Изд. 2-е доп. и перераб. М. Радиотехника, 2006, с. 376). Поэтому, располагая пластину с определенно подобранными размерами и диэлектрической проницаемостью между антенной и радиопрозрачным обтекателем, фазовые искажения перераспределяются между плоскостями поляризации, а значит изменяются величины максимальных пеленгационных ошибок, наблюдаемых в разных плоскостях пеленга.

Конструкция предлагаемой системы антенна-обтекатель представлена на фиг. 1. Пеленгующая антенна 1 укрыта радиопрозрачным обтекателем 2, а между ними в носовой части обтекателя расположен компенсирующий элемент 3 в виде пластины, прилегающей к внутренней поверхности стенки обтекателя и выполненной из диэлектрика. Для уточнения влияния геометрических размеров диэлектрической пластины на величины максимальных угловых ошибок на фиг. 2 и фиг. 3 представлены угловые зависимости пеленгационных ошибок системы «антенна-обтекатель» на краях длинноволнового рабочего диапазона в ±25% полосе от средней на верхней (фиг. 2) и на нижней (фиг. 3) частотах в плоскости расположения антенны (Н), при использовании в качестве компенсирующего элемента пластины из плексигласа с диэлектрической проницаемостью ε=2,62 и относительной длиной при различных относительных толщинах по сравнению с исходными характеристиками системы «антенна-обтекатель» без пластины (исх.).

Плоскость Н совпадает с плоскостью измерения угловой ошибки при повороте обтекателя относительно неподвижной антенны, направленной на фронт падающей волны, когда вектор электрического поля (Е) падающей волны перпендикулярен плоскости пеленгации, совпадающей с плоскостью сканирования.

Фиг. 2 и 3 иллюстрируют, что применение в качестве компенсирующего элемента диэлектрической пластины приводит к уменьшению максимальной пеленгационной ошибки системы «антенна-обтекатель».

Влияние длины компенсирующего элемента на величину максимальных угловых ошибок представлена на фиг. 4.

Здесь представлены угловые зависимости пеленгационных ошибок системы «антенна-обтекатель» на верхней частоте длинноволнового рабочего диапазона в ±25% полосе от средней частоты в плоскости Н при использовании в качестве компенсирующего элемента пластины из плексигласа с диэлектрической проницаемостью ε=2,62 с оптимальной толщиной при различных относительных длинах пластины по сравнению с исходными характеристиками системы «антенна-обтекатель» без пластины (исх.).

На фигуре показано, что изменение длины пластины влияет на величину максимальной пеленгационной ошибки системы «антенна-обтекатель» и оптимальной является относительная длина пластин при использовании её в качестве компенсирующего элемента.

Так как для системы наведения ракет требуются высокие точностные характеристики, а методы компенсации угловых пеленгационных ошибок в длинноволновом диапазоне систем «антенна-обтекатель» с радиопрозрачным тонкостенным обтекателем ограничены, предлагаемое техническое решение с применением в качестве компенсирующего элемента диэлектрической пластины с определенными размерными параметрами относительно размеров обтекателя, уменьшающей пеленгационные ошибки, обладает новизной и способной к правовой защите.

Изобретение относится к антенной технике и используется при изготовлении пеленгационных систем «антенна-обтекатель». Технический результат - уменьшение пеленгационных ошибок системы «антенна-обтекатель» для тонкостенного обтекателя в широком низкочастотном диапазоне частот. Технический результат достигается тем, что пеленгационная система «антенна–обтекатель», содержащая радиопрозрачный обтекатель, пеленгующую антенну и компенсирующий элемент из диэлектрика, расположенный во внутренней полости носовой части обтекателя, отличается тем, что компенсирующий элемент установлен перпендикулярно плоскости пеленгации и выполнен в виде пластины, боковая поверхность которой сочленена с внутренней носовой поверхностью обтекателя, при этом относительные толщина и длина пластины рассчитываются по формулам соответственно: где: d – геометрическая толщина пластины; – длина волны на верхней частоте f используемого длинноволнового диапазона; с - скорость света; ε – диэлектрическая проницаемость пластины, где: h – геометрическая длина пластины; H_обт - длина обтекателя от его вершины до плоскости антенны. 4 ил.

Пеленгационная система «антенна–обтекатель», содержащая радиопрозрачный обтекатель, пеленгующую антенну и компенсирующий элемент из диэлектрика, расположенный во внутренней полости носовой части обтекателя, отличающаяся тем, что компенсирующий элемент установлен перпендикулярно плоскости пеленгации и выполнен в виде пластины, боковая поверхность которой сочленена с внутренней носовой поверхностью обтекателя, при этом относительные толщина и длина пластины рассчитываются по формулам соответственно:

где:

d - геометрическая толщина пластины;

- длина волны на верхней частоте f используемого длинноволнового диапазона;

с - скорость света;

ε - диэлектрическая проницаемость пластины,

где:

h - геометрическая длина пластины;

H _обт - длина обтекателя от его вершины до плоскости антенны.