Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями Российский патент 2023 года по МПК H01Q15/18 

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться на внутренних водных путях в составе створных знаках для обозначения судового хода одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн.

Известен навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия, работающий одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн [1]. Этот радиооптический уголковый отражатель (УО) содержит в своем составе трехгранный УО с взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными отражающими треугольными гранями одинаковых размеров, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Источник света выполнен в виде полупроводникового светоизлучающего диода с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня, который своим, анодным выводом подключен через фотоавтомат к положительному полюсу источника питания, а катодным выводом непосредственно подключен к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока. Светоизлучающий диод установлен в вершине трехгранного УО, которая является его фокусом в оптическом диапазоне волн [1] и фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн [1, 2].

В радиолокационном диапазоне волн электрическая ось радиооптического УО, в направлении которой эффективная поверхность рассеяния (ЭПР) максимальна , совпадает с геометрической осью симметрии УО в горизонтальной и вертикальной плоскостях и определяется соотношением [1, 2].

где - размер ребра в [м],

- длина волны в [м].

При этом геометрическая ось симметрии проходит через вершину перпендикулярно плоскости раскрыва УО со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней [1, 2]. Причем ширина диаграммы обратного рассеяния в области главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне составляет величину [1, 2]

Причем фазовый центр рассеяния УО всегда располагается в его вершине независимо от поляризации падающей волны и ракурса облучения [2].

В оптическом диапазоне волн оптическая ось, в направлении которой сила света максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадает также с геометрической осью симметрии УО и с его электрической осью в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн. При этом источник света располагается на оптической оси и его угол излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

Недостаток навигационного радиооптического УО направленного действия [1] заключается в его ограниченных функциональных возможностях в радиолокационном диапазоне волн. Этот недостаток обусловлен тем, что трехгранный УО, составленный из взаимно перпендикулярных металлических или металлизированных треугольных граней, является поляризационно-изотропным объектом, матрица рассеяния (МР) которого имеет вид [3, 4]

где - максимальная ЭПР трехгранного УО, определяемая его линейными размерами и длиной волны (1) при облучении его линейно поляризованной волной.

Такой трехгранный УО эффективно отражает электромагнитные волны любой линейной поляризации и при отражении не меняет поляризацию падающей линейно поляризованной волны [3, 4]. В тоже время волны круговой поляризации при отражении изменяют направление вращения, т.е. становятся ортогонально поляризованными. [2 - 4] Поэтому все волны линейной поляризации являются собственными поляризациями для поляризационно-изотропного объекта и имеют максимальную ЭПР . А волны, поляризованные по левому или правому кругу, являются волнами нулевой поляризации и имеют для этих изотропных объектов нулевую ЭПР и поэтому невидимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме [3, 4].

Известен радиолокационный УО направленного действия обладающий поляризационно-анизотропными свойствами [5]. Этот радиолокационный УО содержит трехгранный УО с взаимно перпендикулярными треугольными гранями, две боковые грани из которых выполнены в виде недеполяризующей металлической или металлизированной отражающей поверхности, а третья нижняя треугольная грань выполнена в виде горизонтально расположенной поляризационной решетки состоящей из параллельных между собой круглых проводников (или проводящих круглых стержней), расстояние между которыми меньше рабочей длины волны а их диаметр меньше  При этом горизонтально расположенные проводники (стержни) установлены перпендикулярно к биссектрисе прямого угла этой третьей грани. Такой радиолокационный УО является поляризационно-анизотропным объектом, МР которого имеет вид [3, 4]

где - максимальная ЭПР поляризационно-анизотропного трехгранного УО при облучении его горизонтально линейно поляризованной волной.

Такой поляризационно-анизотропный УО максимально эффективно отражает электромагнитные линейно поляризованные волны в плоскости, согласованной со структурой горизонтально параллельно ориентированных проводников поляризационной решетки. Т.е. когда вектор напряженности электрического поля падающей волны совпадает с ориентацией поляризационной решетки. Выбор необходимых размеров и осуществляют используя зависимость коэффициента прохождения по мощности для волн с линейными взаимно ортогональными поляризациями от величины и , выраженных в единицах длины волны [2, 5]. При этом необходимо [2, 5], чтобы поляризационная решетка хорошо пропускала радиоволны с вектором поляризации, ортогональным проводникам и эффективно отражала радиоволны с вектором поляризации, параллельным проводникам. Поэтому положение вектора поляризации соответствующее максимуму ЭПР , считают горизонтальным, а минимум ЭПР – вертикальным [5].

Таким образом, размещение поляризационной решетки из горизонтальных проводников на нижней грани трехгранного УО придает ему поляризационно-анизотропные свойства и позволяет эффективно работать на волнах не только горизонтальной, но и на волнах двух круговых поляризаций. Последнее обусловлено тем, что для них горизонтально поляризованная составляющая падающей волны круговой поляризации будет успешно отражаться от поляризационной решетки УО и после трехкратного отражения от треугольных граней отраженная волна будет распространяться в направлении, обратном направлению падения и поэтому будут видимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации. Причем ЭПР на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь [2].

Недостаток радиолокационного УО, обладающего поляризационно-анизотропными свойствами [5] заключается в ограниченных функциональных возможностях, обусловленных тем, что он не работает в радиолокационном диапазоне волн на волнах с вертикальной поляризацией и не работает также в оптическом диапазоне волн так, как не способен обеспечить подачу активных светосигнальных огней в навигационных целях.

Известен навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями [6]. Этот радиооптический УО направленного действия со светоотражающими гранями содержит в своем составе трехгранный УО с взаимно перпендикулярными металлизированными или металлическими отражающими треугольными гранями одинаковых размеров, покрытых с их внутренней стороны радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Источник света выполнен в виде полупроводникового светоизлучающего диода с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня соответствующего цвету светоотражающего покрытия треугольных граней и расположен в вершине трехгранного УО являющейся фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн и его фокусом в оптическом диапазоне волн. При этом светоизлучающий диод своим катодным выводом подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания, а его анодный вывод через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключен к положительному полюсу источника питания. Источник света располагается на оптической оси и его угол излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

Недостаток навигационного радиооптического уголкового отражателя направленного действия со светоотражающими гранями заключается в ограниченных функциональных возможностях, проявляющихся в том, что в радиолокационном диапазоне волн он работает как обыкновенный радиолокационный трехгранный УО с треугольными взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными гранями одинаковых размеров который, как известно в [3, 4], является поляризационно-изотропным объектом и имеет МР вида (3). Известно также [2, 4], что такой трехгранный УО эффективно отражает электромагнитные волны любой линейной поляризации и при отражении не меняет поляризацию падающей линейно поляризованной волны. В тоже время волны круговой поляризации при отражении от поляризационно-изотропного трехгранного УО изменяют направление вращения и становятся ортогонально поляризованными по отношению к падающей волне и поэтому становятся невидимыми для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме [2, 4], что ограничивает функциональные возможности радиооптического УО, а также ограничивает его практическое использование в навигационных целях.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому навигационному радиооптическому поляризационно-анизотропному отражателю направленного действия со светоотражающими треугольными гранями является навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями [7].

Он содержит в своем составе трехгранный УО с взаимно перпендикулярными треугольными гранями одинаковых размеров, покрытых с их внутренней стороны радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым, или, желтым цветом свечения, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока.

Причем две боковые треугольные грани являются металлическими или металлизированными, а нижняя третья треугольная грань выполнена в виде горизонтальной поляризационной решетки из параллельно расположенных круглых металлических проводников, расстояние между которыми меньше рабочей длины волны а их диаметр и проводники расположены перпендикулярно к биссектрисе прямого угла этой грани и параллельны ее нижнему ребру совпадающему с горизонтальной плоскостью.

Источник света выполнен в виде полупроводникового светоизлучающего диода, с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня соответствующего цвету светоотражающего покрытия треугольных граней и расположен в вершине трехгранного УО являющейся фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн и его фокусом в оптическом диапазоне волн. При этом светоизлучающий диод своим катодным выводом подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания, а его анодный вывод через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключен к положительному полюсу источника питания. Источник света располагается на оптической оси и его угол излучения в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину

Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает как радиолокационный поляризационно-анизотропный трехгранный УО направленного действия [5]. Такой поляризационно-анизотропный радиолокационный трехгранный УО максимально эффективно отражает электромагнитные волны с горизонтальной поляризацией, совпадающей с горизонтально ориентированной поляризационной решеткой. При этом УО имеет максимально возможную ЭПР . Размещение поляризационной решетки из горизонтальных проводников на нижней грани трехгранного УО придает ему поляризационно-анизотропные свойства и позволяет эффективно работать также на волнах не только горизонтальной, но и на волнах двух круговых поляризаций противоположного направления вращения вектора электрического поля. Последнее обусловлено тем, что для них горизонтально поляризованная составляющая падающей волны круговой поляризации будет полностью отражаться от горизонтально расположенной поляризационной решетки УО после трехкратного отражения от треугольных граней с радиопрозрачным светоотражающим покрытием отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения и поэтому будут видимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации. ЭПР на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь [2]. При этом, как известно в [2], фазовый центр рассеяния располагается в вершине радиооптического поляризационно-анизотропного УО и находится на электрической оси, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва и совпадающей с геометрической осью симметрии УО. Пространственная индикатриса обратного рассеяния у радиооптического поляризационно-анизотропного УО направленного действия также как и у радиолокационного поляризационно-анизотропного трехгранного УО, характеризуется шириной главного (основного) лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне и составляет величину соответствующей трехкратному отражению падающей электромагнитной волны. При этом максимум диаграммы обратного рассеяния или максимум ЭПР радиооптического поляризационно-анизотропного УО соответствует случаю, когда падающая волна горизонтально поляризована и направление падающей волны совпадает с геометрической осью симметрии трехгранного УО или с его электрической осью-главной осью обратного рассеяния. ЭПР у радиооптического поляризационно-анизотропного УО направленного действия в максимуме главного (основного) лепестка определяется также как у радиолокационного трехгранного УО с треугольными гранями соотношением (1).

В оптическом диапазоне волн навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает как в активном, так и в пассивном режимах.

В активном режиме работы навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает следующим образом. Так как катодный вывод светоизлучающего полупроводникового диода подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, то при подключении его анодного вывода, через фотоавтомат управления сигнальным огнем к положительному полюсу источника питания постоянного тока, светоизлучающий диод, установленный в фокусе УО на его оптической оси, излучает вдоль её в вертикальной и горизонтальной плоскостях конический световой пучок с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня, определяемого типом светоизлучающего диода, с угловой шириной . Затем излучаемый световой поток попадает на взаимно перпендикулярные треугольные грани трехгранного УО с радиопрозрачным светоотражающим покрытием, цвет свечения которого соответствует цвету излучаемого светосигнального огня. В результате внутренних трехкратных переотражений от треугольных граней УО формируется в пространстве световой поток на выходе УО вдоль его оптической оси с угловой шириной на уровне 0,5 от максимальной силы света в как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Управление работой светоизлучающего полупроводникового диода осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем, который обеспечивает постоянный или проблесковый режим горения светоизлучающего диода с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности местности. Фотоавтомат управления сигнальным огнем выполнен по классической схеме серии ФАУСП [7] и в его состав входят: фотодатчик, выполненный, например, в виде фоторезистора СФЗ-1, и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающего диода при освещенности 20-100 лк и на выключение его, если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения, который поддерживает на светоизлучающем диоде необходимое номинальное напряжение; усилитель, непосредственно включающий или выключающий светоизлучающий диод по сигналам фотодатчика; проблескатор, выполненный в виде мультивибратора, сигналы которого подаются на вход усилителя и определяют работу светоизлучающего диода в проблесковом или постоянном режимах горения светосигнального огня.

В пассивном режиме работы навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями работает в оптическом диапазоне волн следующим образом.

В оптическом диапазоне волн внутренние поверхности треугольных граней, УО со светоотражающим радиопрозрачным покрытием образуют систему из трех зеркал. Поэтому при падении светового потока от судового прожектора на треугольные грани УО, после трехкратного отражения от них, формируется световой поток, распространяющийся в направлении, обратном направлению падения. При этом цвет свечения отраженного от радиооптического УО светового потока белый, красный, зеленый или желтый соответствует цвету радиопрозрачного светоотражающего покрытия треугольных граней и определяется сложившейся навигационной обстановкой на внутренних водных путях. Это свойство обратного отражения у радиооптического УО так же как у радиолокационного трехгранного УО, сохраняется в широком спектре углов падения светового потока судового прожектора относительно геометрической оси симметрии отражателя, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва со стороны внутренних поверхностей светоотражающих треугольных граней и совпадает с оптической осью отражателя. В направление оптической оси сила света отраженного светового потока достигает своего максимального значения как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях, при условии что все три треугольные грани с радиопрозрачным светоотражающим покрытием взаимно перпендикулярны. При этом фазовый центр светорассеяния у радиооптического поляризационно-анизотропного УО располагается в его вершине и находится на оптической оси, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва. Пространственная индикатриса светорассеяния радиооптического УО со светоотражающими гранями характеризуется шириной главного (основного) лепестка диаграммы обратного светорассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях и на уровне составляет величину , соответствующую трехкратному отражению падающего светового потока, и совпадает с шириной диаграммы обратного рассеяния в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн.

Недостаток навигационного радиооптического поляризационно-анизотропного УО направленного действия со светоотражающими гранями заключается в ограниченных функциональных возможностях, проявляющихся в том, что в радиолокационном диапазоне волн он не работает на волнах с вертикальной поляризацией. Последнее обусловлено тем, что, как известно [2, 5], горизонтально расположенная поляризационная решетка полностью пропускает радиоволны с вертикальной поляризацией, которая ортогональна проводникам и полностью отражает радиоволны только с горизонтальной поляризацией параллельным проводникам. Поэтому при горизонтальной поляризации падающей волны поляризационно-анизотропный УО имеет максимум ЭПР а при вертикальной поляризации - минимум ЭПР [5]. Последнее ограничивает функциональные возможности радиооптического поляризационно-анизотропного УО, а также ограничивает его практическое использование в навигационных целях.

На фиг. 1 представлен общий вид навигационного радиооптического поляризационно-анизотропного отражателя направленного действия со светоотражающими треугольными гранями. Где обозначено: 1 – радиолокационный поляризационно-анизотропный трехгранный УО (вид спереди); 2, 3 – две боковые металлические или металлизированные треугольные грани с радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения; 4 – нижняя третья треугольная грань с радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения выполнена в виде поляризационной решетки из параллельно расположенных круглых металлических проводников диаметром и расстоянием между ним , расположенной под углом к биссектрисе прямого угла этой грани и к её нижнему ребру совпадающему с горизонтальной плоскостью; 5 - источник света с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня, соответствующего цвету радиопрозрачного светоотражающего покрытия треугольных граней, расположен в вершине трехгранного УО, являющейся его фокусом в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния в радиолокационном диапазоне волн; 6 – радиооптический трехгранный УО (вид сбоку), 7 – плоскость раскрыва УО, 8 – геометрическая ось симметрии трехгранного УО, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 7 со стороны внутренних светоотражающих поверхностей треугольных граней и совпадающая с электрической и оптической осями трехгранного УО соответственно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн; 9 – угол излучения источника света 5 относительно оптической оси 8 трехгранного УО 6.

На фиг. 2 представлена обобщенная структурная электрическая схема автоматического устройства управления источником света 5, выполненного в виде светоизлучающего полупроводникового диода 12 с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня. В состав устройства входят источник питания постоянного тока 10, фотоавтомат управления сигнальным огнем 11 и светоизлучающий диод 12. При этом катодный вывод светоизлучающего диода 12 подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 10, а его анодный вывод через фотоавтомат управления 11 подключен к положительному полюсу источника питания постоянного тока 10.

На фиг. 3 представлена обобщенная функциональная схема фотоавтомата управления сигнальным огнем 10 серии ФАУСП, выполненного по классической схеме [7] и включающего в себя фотодатчик 13, стабилизатор напряжения 14, проблескатор 15 и усилитель 16.

Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический отражатель направленного действия со светоотражающими гранями и обладающий поляризационно-анизотропными свойствами представляет собой трехгранный УО с взаимно перпендикулярными треугольными гранями одинаковых размеров 1 покрытых с их внутренней стороны радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения, две боковые треугольные грани 2, 3 из которых выполнены в виде металлической или металлизированной отражающей поверхности, а третья нижняя треугольная грань 4, с целью придания УО 1 поляризационно-анизотропных свойств, выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников 4, расстояние между которыми меньше рабочей длины волны , а их диаметр меньше [2, 5]. При этом проводники расположены под углом к биссектрисе прямого угла этой грани и к её нижнему ребру совпадающему с горизонтальной плоскостью.

Действие поляризационной решетки заключается в том, чтобы она хорошо пропускала поляризованные падающие радиоволны с вектором поляризации ортогональным проводникам и эффективно отражала поляризованные волны с вектором поляризации, параллельным проводникам [2], которые после трехкратного отражения от треугольных граней УО 1 распространяются в направлении обратном направлению падения. Это свойство обратного отражения сохраняется в широком спектре углов падения электромагнитной волны относительно геометрической оси симметрии 8 отражателя 6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 7 со стороны внутренних поверхностей отражающих треугольных граней и совпадающей с электрической осью 8 отражателя 6.

Таким образом, в направлении электрической оси 8 максимум ЭПР как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, соответствует вектору поляризации, ориентированному вдоль проводников под углом к ребру нижней грани, при условии, что все три треугольные грани взаимно перпендикулярны, а минимум ЭПР – перпендикулярно проводникам. При этом фазовый центр рассеяния располагается в его вершине и находится на электрической оси 8, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 7, и не изменяет своего положения при изменении линейной плоскости поляризации падающей волны. При этом максимальная ЭПР определяется соотношением (1), а ширина диаграммы обратного рассеяния в области главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне определяется соотношением (2) и равна При этом выбор необходимых размеров и поляризационной решетки для придания УО поляризационно-анизотропных свойств осуществляют используя зависимости коэффициента прохождения по мощности для волн с линейными взаимно ортогональными поляризациями от величины и выраженных в единицах длины волны [2, 5] и должны удовлетворять условию расстояние а диаметр [5].

Такой поляризационно-анизотропный УО будет работать не только на волнах горизонтальной и круговых поляризаций, но и на волнах вертикальной поляризации. Предположим, что на поляризационно-анизотропный УО падает электромагнитная волна с вертикальной ориентацией вектора электрического поля. Последний, как известно [2-4] можно представить в линейном поляризационном базисе в виде векторной суммы синфазных ортогонально линейно поляризованных составляющих ориентированных соответственно под углом и к ребру нижней грани УО, лежащему в горизонтальной плоскости. Тогда линейно поляризованная составляющая вектора электрического поля, ориентированная под углом будет успешно отражаться от поляризационной решетки ориентированной также под углом к ребру нижней грани УО и после трехкратного отражения от треугольных граней УО отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения. В тоже время линейно поляризованная составляющая вектора электрического поля падающей волны ориентированная под углом к горизонтальной плоскости будет перпендикулярна проводникам поляризационной решетки и она ее пропустит без отражения. Аналогичные рассуждения справедливы для волн с горизонтальной поляризацией, которую можно представить в виде [2-4] векторной суммы синфазных ортогонально линейно поляризованных составляющих ориентированных соответственно под углом и относительно ребра нижней грани УО, лежащего в горизонтальной плоскости. Тогда, составляющая, ориентированная под углом будет отражаться от поляризационной решетки и после трех кратного отражения от треугольных граней УО, отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения. В тоже время составляющая ориентированная под углом будет ортогональна решетки и пройдет через нее без отражения. Аналогичные рассуждения справедливы для волн с круговыми поляризациями состоящими из векторной суммы [2-4] вертикальной и горизонтальной поляризованных составляющих с фазовым сдвигом При этом, как известно [2, 3] ЭПР на вертикальной и горизонтальной поляризациях, а также на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь.

В оптическом диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями работает как в активном, так и в пассивном режимах и его работа аналогична работе радиооптическому УО, выбранного в качестве прототипа.

В активном режиме работы заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями работает следующим образом. Так как катодный вывод светоизлучающего полупроводникового диода 12 подключен непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока10, то при подключении его анодного вывода, через фотоавтомат управления сигнальным огнем 11 к положительному полюсу источника питания постоянного тока 10 (см. фиг.2), светоизлучающий диод 12, установленный в фокусе УО на его оптической оси 8, излучает вдоль её в вертикальной и горизонтальной плоскостях конический световой пучок с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения сигнального огня, определяемого типом светоизлучающего диода, с угловой шириной . Затем излучаемый световой поток попадает на взаимно перпендикулярные треугольные грани трехгранного УО с радиопрозрачным светоотражающим покрытием, цвет свечения которого соответствует цвету излучаемого светосигнального огня. В результате внутренних трехкратных переотражений от треугольных граней 2,3, 4 УО 1 формируется в пространстве световой поток на выходе УО 1 вдоль его оптической оси 8 с угловой шириной на уровне 0,5 от максимальной силы света в как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

Управление работой светоизлучающего полупроводникового диода 12 осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем 11, который обеспечивает постоянный или проблесковый режим горения светоизлучающего диода 12 с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности местности (см. фиг. 2). Фотоавтомат управления сигнальным огнем выполнен по классической схеме серии ФАУСП [8] и в его состав входят: фотодатчик 13, выполненный, например, в виде фоторезистора СФЗ-1, и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающего диода при освещенности 20-100 лк и на выключение его, если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения 14, который поддерживает на светоизлучающем диоде необходимое номинальное напряжение; усилитель 16, непосредственно включающий или выключающий светоизлучающий диод по сигналам фотодатчика; проблескатор 15, выполненный в виде мультивибратора, сигналы которого подаются на вход усилителя 16 и определяют работу светоизлучающего диода в проблесковом или постоянном режимах горения светосигнального огня (см. фиг. 3).

В пассивном режиме работы заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями работает в оптическом диапазоне волн следующим образом.

В оптическом диапазоне волн внутренние поверхности треугольных граней 2, 3, 4, УО 1 (см. фиг. 1) со светоотражающим радиопрозрачным покрытием образуют систему из трех зеркал. Поэтому при падении светового потока от судового прожектора на треугольные грани 2, 3, 4, УО 1, после трехкратного отражения от них, формируется световой поток, распространяющийся в направлении, обратном направлению падения. При этом цвет свечения отраженного от радиооптического УО 1 светового потока белый, красный, зеленый или желтый соответствует цвету радиопрозрачного светоотражающего покрытия треугольных граней 2, 3, 4 и определяется сложившейся навигационной обстановкой на внутренних водных путях. Это свойство обратного отражения у радиооптического УО (см. фиг. 1) так же как у радиолокационного трехгранного УО 1, сохраняется в широком спектре углов падения светового потока судового прожектора относительно геометрической оси симметрии отражателя 6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 7 со стороны внутренних поверхностей светоотражающих треугольных граней и совпадает с оптической осью 8 отражателя 6. В направление оптической оси 8 сила света отраженного светового потока достигает своего максимального значения как в горизонтальной так и в вертикальной плоскостях, при условии что все три треугольные грани с радиопрозрачным светоотражающим покрытием взаимно перпендикулярны. При этом фазовый центр светорассеяния у радиооптического поляризационно-анизотропного УО располагается в его вершине и находится на оптической оси 8, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 7. Пространственная индикатриса светорассеяния радиооптического УО со светоотражающими гранями характеризуется шириной главного (основного) лепестка диаграммы обратного светорассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях и на уровне составляет величину , соответствующую трехкратному отражению падающего светового потока, и совпадает с шириной диаграммы обратного рассеяния в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн.

В трехсантиметровом радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями может быть выполнен на основе трехгранного УО с треугольными гранями, две боковые грани из которых могут быть изготовлены из фольгированного стеклотекстолита, а третья нижняя треугольная грань из не фольгированного стеклотекстолита, с расположенной на ней горизонтальной поляризационной решеткой из проводящей круглой проволоки ориентированной под углом к биссектрисе прямого угла этой грани и к ее нижнему ребру совпадающему с горизонтальной плоскостью. Для выбора диаметра проводников и расстояния между ними используем зависимости коэффициента прохождения по мощности для ортогонально линейно поляризованных радиоволн от величины и [2]. Получим, что для длины волны см необходимо выбрать диаметр мм и мм. В качестве источника света может быть использован светоизлучающий полупроводниковый диод типа LES – STAR- 3W с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с углом излучения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В качестве источника питания постоянного тока может быть использована сухозаряженная батарея типа «Лиман» ТУ 3483-019-04707044-99 с номинальным напряжением 2,6 В или 5,2 В и ёмкостью 150 А/г. В качестве светоотражающего покрытия треугольных граней может быть использована, например, радиопрозрачная высокоинтенсивная светоотражающая самоклеящаяся пленка типа Б или В ГОСТ 52290-2004. В качестве фотоавтомата управления сигнальным огнем может быть использован фотоавтомат серии ФАУСП-3М типа НП – 2 ТУ 212177187. Причем источник питания постоянного тока и фотоавтомат управления сигнальным огнем могут быть расположены с наружной стороны треугольных граней трехгранного УО, либо могут быть расположены вне его, например, на сигнальных щитах в составе линейных створ, на котором установлен радиооптический УО.

По сравнению с прототипом заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями при сохранении функциональных возможностей в оптическом диапазоне волн дополнительно обладает расширенными функциональными возможностями в радиолокационном диапазоне волн, обусловленными его работой не только на волнах с горизонтальной поляризацией, и на волнах с круговыми поляризациями левого или правого вращения, но и на волнах с вертикальной поляризацией, с которыми обычно работают радиолокаторы при параллельном приеме.

Использованные источники информации

1. Гулько В.Л. Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия. Патент RU № 2572795, МПК H01Q15/00. Дата приоритета 01.09.2014 г.

2. Кобак В.Д. Радиолокационные отражатели. М.: «Советское радио» - 1975 -248 с.

3. Канарейкин Д.Б., Потехин В.А., Шишкин И.Ф. Морская поляриметрия. Л.:- Судостроение, 1968. 328 с.

4. Татаринов В.Н., Татаринов С.В., Лигхарт Л.П. Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов. Т.1. Томск. Издательство Томского университета, 2006. – 380 с.

5. Журавлев В.Б. Радиолокационный отражатель. Патент RU № 1806431, МПК H01Q15/18. Дата приоритета 23.04.1990г. Бюл. № 12 30.03.1993.

6. Гулько В.Л., Блинковский Н.К., Мещеряков А.А. Навигационный радиооптический уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями. Патент RU № 2634550, МПК H01Q15/18. Приоритет от 15.04.2016 г.

7. Гулько В.Л., Мещеряков А.А., Блинковский Н.К. Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный уголковый отражатель направленного действия со светоотражающими гранями. Патент RU № 2767821, МПК H01Q15/18. Приоритет от 21.06.2021 г.

8. Шмерлин И.Е. Монтер судоходной обстановки. – М.: «Транспорт», 1977-173 с.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радионавигации, а именно к навигационным радиооптическим уголковым отражателям. Технический результат – одновременная работа радиооптического поляризационно-анизотропного отражателя в радиолокационном диапазоне волн: на волнах с горизонтальной линейной поляризацией, на волнах, имеющих круговые поляризации левого или правого направления вращения, и на волнах с вертикальной поляризацией. Результат достигается тем, что отражатель направленного действия представляет собой трехгранный уголковый отражатель с треугольными гранями одинаковых размеров, покрытых с их внутренней стороны радиопрозрачным светоотражающим покрытием с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения, две боковые треугольные грани из которых выполнены в виде металлической или металлизированной отражающей поверхности, а третья нижняя треугольная грань, с целью придания уголковому отражателю поляризационно-анизотропных свойств, выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных круглых металлических проводников, ориентированных под углом 45° к ребру нижней грани уголкового отражателя, совпадающему с горизонтальной плоскостью. 3 ил.

Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель направленного действия со светоотражающими треугольными гранями, содержащий радиолокационный трехгранный уголковый отражатель направленного действия с радиопрозрачным светоотражающим покрытием треугольных граней с белым, красным, зеленым или желтым цветом свечения, источник света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока, причем трехгранный уголковый отражатель состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных отражающих треугольных граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны, а источник света расположен в вершине трехгранного уголкового отражателя и подключен через фотоавтомат управления сигнальным огнем к источнику питания постоянного тока, при этом вершина трехгранного уголкового отражателя является фазовым центром рассеяния в радиолокационном диапазоне волн и его электрическая ось, в направлении которой эффективная поверхность рассеяния максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадает с геометрической осью симметрии трехгранного уголкового отражателя, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва отражателя со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней, а в оптическом диапазоне волн вершина трехгранного уголкового отражателя является его фокусом, при этом источник света расположен на оптической оси, в направлении которой сила света максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях, причем оптическая ось совпадает с геометрической осью симметрии трехгранного уголкового отражателя и с его электрической осью в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн, кроме того, угол излучения источника света относительно оптической оси трехгранного уголкового отражателя в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину причем источник света выполнен в виде светоизлучающего полупроводникового диода и его катодный вывод непосредственно подключен к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, а его анодный вывод через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключен к положительному полюсу источника питания постоянного тока, при этом цвет свечения излучающего светового потока белый, красный, зеленый или желтый соответствует цвету светоотражающего покрытия треугольных граней и их выбор определяется сложившейся навигационной обстановкой на внутренних водных путях, при этом источник питания постоянного тока и фотоавтомат управления сигнальным огнем расположены либо с внешней стороны отражающих поверхностей треугольных граней трехгранного уголкового отражателя, либо расположены вне его, причем две боковые треугольные грани выполнены металлическими или металлизированы, а третья нижняя треугольная грань выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние между которыми меньше рабочей длины волны , а их диаметр , отличающийся тем, что проводники расположены под углом 45° к биссектрисе прямого угла этой грани и к её нижнему ребру, совпадающему с горизонтальной плоскостью.