Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия Российский патент 2024 года по МПК H01Q15/18 

Изобретение относится к навигации и может использоваться на внутренних водных путях в составе плавучих буев для обозначения фарватера или кромки судоходного канала одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн.

Известно [1-3], что в радиолокационном диапазоне волн для увеличения радиолокационной дальности видимости плавучих буев на них устанавливаются радиолокационные трехгранные уголковые отражатели (УО). А для обозначения плавучих буев в темное время суток в оптическом диапазоне волн на них отдельно устанавливаются светосигнальные приборы кругового действия [4]. Известно также [2, 3], что для получения круговой (всенаправленной) в горизонтальной плоскости диаграммы обратного рассеяния сигналов судовых РЛС трехгранные УО объединяются в группы из четырех, шести и восьми трехгранных УО с треугольными отражающими гранями. При этом под диаграммой обратного рассеяния (или индикатрисой обратного рассеяния) понимается зависимость эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) σ отражателя от его ориентации относительно судовой РЛС в двух взаимно перпендикулярных горизонтальной и вертикальной плоскостях [2].

Известен навигационный радиолокационный групповой отражатель с круговой (всенаправленной) в горизонтальной плоскости диаграммой обратного рассеяния [2, 3]. Групповой отражатель состоит из восьми трехгранных УО с равными треугольными металлическими или металлизированными взаимно перпендикулярными отражающими гранями [2,3]. При этом фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах, а плоскости раскрывов отдельных трехгранных УО образуют топовую фигуру в виде октаэдра [2]. Максимальная ЭПР основного (главного) лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из УО, входящих в группу с треугольной формой граней одинаковых размеров в направлении электрической оси, проходящей через фазовый центр рассеяния перпендикулярно плоскости раскрыва, определяется по формуле [2]

где a - размер ребра трехгранного УО в [м],

- длина электромагнитной волны, излучаемой РЛС в [м].

Фазовый центр рассеяния трехгранного УО всегда располагается в его вершине независимо от поляризации падающей волны и ракурса облучения [2]. Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния на уровне 0.5 относительно электрической оси в горизонтальной и вертикальной плоскостях равна [2]

Недостаток радиолокационного группового отражателя с треугольной формой граней одинаковых размеров заключается в ограниченных функциональных возможностях в радиолокационном диапазоне волн. Недостаток обусловлен тем, что трехгранный УО, входящий в группу и составленный из взаимно перпендикулярных металлических или металлизированных треугольных граней, как известно из [2, 3], является поляризационно-изотропным объектом с матрицей рассеяния (МР) вида

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

Такой трехгранный УО, входящий в группу, эффективно отражает электромагнитные волны любой линейной поляризации и при отражении не меняет поляризацию падающей линейно поляризованной волны [2, 3].

В тоже время волны круговой поляризации при отражении от трехгранного УО изменяют направление вращения, т.е. становятся ортогонально поляризованными [2, 3]. 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 [2, 3]. Кроме того, такой групповой радиолокационный УО работает только в радиолокационном диапазоне волн, выполняя функции пассивного отражателя электромагнитных волн, и не работает в оптическом диапазоне волн, так как не выполняет функции подачи активных светосигнальных огней в навигационных целях.

Известен радиолокационный групповой отражатель кругового (всенаправленного) в горизонтальной плоскости действия [3], обладающий поляризационно-анизотропными свойствами. Групповой отражатель содержит восемь трехгранных УО с равными треугольными металлическими или металлизированными взаимно перпендикулярными отражающими гранями. При этом фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах. Для получения всенаправленной в горизонтальной плоскости диаграммы рассеяния групповой отражатель располагают так, чтобы шесть трехгранных УО, входящих в группу, располагались вокруг вертикальной оси, проходящей через их совпадающие фазовые центры рассеяния, которые и формируют всенаправленную в горизонтальной плоскости диаграмму рассеяния при облучении их судовой РЛС с любых направлений. Для придания поляризационно-анизотропных свойств шести трехгранных УО в их раскрывы размещались проволочные трансформаторы поляризации, представляющие собой сетку из параллельных проволок [3]. Действие проволочного трансформатора сводится к тому, что произвольным образом поляризованная волна, падающая на УО, может быть разложена на две составляющие: параллельную проволокам и нормальную к ним. Параметры проволок (шаг и толщина) выбираются такими, что «параллельная» составляющая оказывается смещенной по фазе относительно «нормальной». При фазовом сдвиге π/4 (четвертьволновой трансформатор) после двукратного прохождения волны через трансформатор поляризации суммарный фазовый сдвиг составляющей будет равен π/2. Тогда при круговой поляризации облучения отраженная волна оказывается поляризованной линейно с углом наклона 45°. В результате появляется возможность наблюдать трехгранные УО, входящие в группу, при работе РЛС с круговой поляризацией излучаемой волны [3].

Недостаток радиолокационного группового отражателя кругового действия, оборудованного поляризационными трансформаторами, заключается в ограниченных функциональных возможностях, обусловленных тем, что он работает только в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного отражателя и не работает в оптическом диапазоне волн, так как не обеспечивает подачу активных светосигнальных огней в навигационных целях.

Известен навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия (патент РФ №2617799, МПК H01Q15/18, B63B22/16, G01S 1/70, приоритет от 29.10.2015) [5]. Этот радиооптический групповой отражатель кругового действия работает как в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного отражателя, так и в оптическом диапазоне волн, обеспечивая подачу активных светосигнальных огней в навигационных целях. Он содержит в своем составе группу из восьми трехгранных УО с взаимно перпендикулярными металлическими или металлизированными треугольными отражающими гранями одинаковых размеров, шесть из которых формируют круговую (всенаправленную) диаграмму обратного рассеяния в горизонтальной плоскости, шесть источников света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Фазовые центры рассеяния всех трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах. Для получения всенаправленной в горизонтальной плоскости диаграммы обратного рассеяния групповой восьмиуголковый отражатель необходимо располагать так, чтобы плоскости раскрывов двух противоположно направленных вверх и вниз трехгранных УО, входящих в группу, совпадали с горизонтальной плоскостью и были перпендикулярны вертикальной оси, проходящей через их совпадающие фазовые центры рассеяния. Шесть других трехгранных УО, входящих в группу, соответственно располагаются вокруг вертикальной оси, которые и формируют всенаправленную в горизонтальной плоскости диаграмму обратного рассеяния в радиолокационном диапазоне волн при облучении их судовой РЛС с любых направлений.

Для обеспечения подачи светосигнальных огней в оптическом диапазоне волн в вершины шести трехгранных УО, являющиеся их фокусом в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния УО в радиолокационном диапазоне волн, устанавливались источники света, выполненные в виде светоизлучающих полупроводниковых диодов. Управление светоизлучающими диодами осуществлялось через фотоавтомат управления сигнальным огнем.

Недостаток навигационного радиооптического группового отражателя кругового действия заключается в ограниченных функциональных возможностях при работе в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного радиолокационного группового отражателя кругового действия. Этот недостаток проявляется в том, что трехгранные УО, входящие в группу из шести трехгранных УО и формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния, являются, как известно из [2, 3], поляризационно изотропными и поэтому не работают на волнах с круговыми поляризациями.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному навигационному радиооптическому поляризационно-анизотропному отражателю кругового действия является навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия (патент РФ № 2793083, МПК HO1Q 15/18, приоритет от 01.06.2022) [6].

Этот навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия содержит в своем составе групповой радиолокационный отражатель кругового действия, шесть источников света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока. Групповой радиолокационный отражатель состоит из восьми трехгранных уголковых радиолокационных отражателей, каждый из которых состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров. Фазовые центры рассеяния трехгранных УО, входящих в группу, совпадают и находятся в их вершинах. Для получения круговой в горизонтальной плоскости диаграммы обратного рассеяния групповой восьмиуголковый радиолокационный отражатель ориентирован в горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов двух противоположно направленных трехгранных УО, входящих в группу, расположены перпендикулярно вертикальной оси, проходящей через их вершины, и совпадают с горизонтальной плоскостью. А шесть других трехгранных УО, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси, проходящей также через их фазовые центры рассеяния, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн при облучении их судовой РЛС с любых направлений. Причем две боковые треугольные грани у каждого из шести трехгранных УО с их внутренней стороны выполнены металлическими или металлизированными, а третья треугольная грань в каждой из шести трехгранных УО выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников. Расстояние b между проводниками меньше рабочей длины волны , а их диаметр d<b. Проводники расположены параллельно внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей. Электрические оси или направления, в которых эффективная поверхность рассеяния каждого из шести трехгранных уголковых отражателей максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскости совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести трехгранных уголковых отражателей перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней. Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести трехгранных УО, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней на уровне 0.5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, составляет величину 42°.

Шесть источников света выполнены в виде светоизлучающих полупроводниковых диодов и расположены в соответствующих им вершинах шести трехгранных УО и подключены через фотоавтомат управления сигнальным огнем к источнику питания постоянного тока. Диоды подключены между собой параллельно и их катодные выводы подключены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, а их анодные выводы через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключен к положительному полюсу источника питания постоянного тока. При этом светоизлучающие диоды расположены на оптических осях, совпадающих с геометрическими осями симметрии трехгранных УО, в направлении которых сила света в горизонтальной и вертикальной плоскостях максимальна , а также совпадающих с их электрическими осями в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн. Угол излучения каждого из шести источников света 2α относительно оптической оси трехгранного УО в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину 2α≥90°. При этом в оптическом диапазоне волн в направлении оптических осей каждого из шести трехгранных уголковых отражателей в пространство излучается в этих плоскостях конический световой поток с угловой шириной 42° на уровне 0.5 , совпадающий с шириной основного лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0.5 в радиолокационном диапазоне волн. Причем цвет излучаемого полупроводниковыми диодами светового потока - красный, зеленый, белый или желтый определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.

Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия работает одновременно в радиолокационном и оптическом диапазонах волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия собой радиолокационный групповой отражатель, состоящий из восьми трехгранных УО. Каждый УО состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров. Фазовые центры рассеяния всех УО, входящих в группу, совпадают и находятся в вершинах трехгранных УО. Радиолокационный групповой восьмиуголковый отражатель ориентирован относительно горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов двух трехгранных УО, противоположно направленных вверх и вниз, совпадают с горизонтальной плоскостью и расположены перпендикулярно вертикальной оси, проходящей через их совпадающие вершины. Шесть других трехгранных УО, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси, проходящей через их совпадающие вершины, являющиеся совпадающими фазовыми центрами рассеяния, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн. Электрические оси или направления, в которых эффективная поверхность рассеяния каждого из шести трехгранных УО максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести трехгранных УО перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней. Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести трехгранных УО, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней на уровне 0.5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, составляет величину 42°.

Для придания каждому из шести трехгранных УО, входящих в группу и формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния, поляризационно-анизотропных свойств, две боковые треугольные грани у каждого трехгранного УО выполнены металлическими или металлизированными. А третьи треугольные грани каждого из шести трехгранных УО выполнены в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние b между которыми меньше рабочей длины волны λ , а их диаметр d<b. Проводники расположены параллельно внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей.

Действие поляризационной решетки в каждом из шести трехгранных поляризационно-анизотропных УО заключается в том, что она хорошо пропускает вертикально поляризованные падающие радиоволны с вектором поляризации ортогональным проводникам и эффективно отражает горизонтально поляризованные волны с вектором поляризации параллельным проводникам, которые после трехкратного отражения от треугольных граней в каждом из шести трехгранных УО распространяется в направлении обратном направлению падения. Это свойство обратного отражения сохраняется в широком секторе углов падения электромагнитной волны относительно геометрической оси симметрии в каждом из шести трехгранных УО, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва со стороны внутренних поверхностей отражающих треугольных граней и совпадающей с электрической осью трехгранного УО.

Таким образом, в направлении электрической оси в каждом из шести поляризационно-анизотропных трехгранных УО положение вектора поляризации, соответствующее максимуму ЭПР как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, считают горизонтальным, а соответствующее минимуму ЭПР - вертикальным. Кроме того, такие поляризационно-анизотропные отражатели будут работать не только на волнах с горизонтальной поляризацией, но и на волнах круговых поляризаций. Последнее обусловлено тем, что горизонтально поляризованная составляющая падающей волны с круговой поляризацией левого или правого направления вращения будет успешно отражаться от горизонтально расположенной поляризационной решетки в каждом из шести трехгранных УО и после трехкратного отражения от треугольных граней УО отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения. В то же время вертикально поляризованная составляющая падающей волны с круговой поляризацией пройдет через горизонтально расположенную поляризационную решетку и в обратном направлении от нее отражаться не будет. Поэтому такие групповые поляризационно-анизотропные отражатели кругового действия будут видимы для радиолокаторов, работающих на волнах круговой поляризации при параллельном приеме. Правда, как известно [2, 7], ЭПР на круговых поляризациях будет на 3 дБ меньше из-за поляризационных потерь.

В оптическом диапазоне волн навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия работает следующим образом.

Так, как светоизлучающие полупроводниковые диоды подключены параллельно и их катодные выводы подсоединены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, то при подключении их анодных выводов через фотоавтомат управления сигнальным огнем к положительному полюсу источника питания, светоизлучающие диоды излучают вдоль соответствующих им оптических осей в конические световые пучки с угловой шириной 2α≥90°. Затем, попадая на взаимно перпендикулярные треугольные грани в каждом из шести трехгранных УО, после трехкратного отражения концентрируются ими на выходе в световые пучки большей силы света с угловой шириной на уровне 0,5 42° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях и формируют круговую диаграмму светорассеяния в оптическом диапазоне волн. При этом оптические оси в каждом из шести радиооптических трехгранных УО, входящих в группу и формирующих круговую в горизонтальной плоскости диаграмму светорассеяния, совпадают с их геометрическими и электрическими осями.

Недостаток навигационного радиооптического группового поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия заключается в ограниченных функциональных возможностях при работе в радиолокационном диапазоне волн в качестве пассивного группового поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия. Этот недостаток проявляется в том, что трехгранные поляризационно-анизотропные УО, входящие в группу из шести трехгранных УО и формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния эффективно отражают волны с горизонтальной и круговыми поляризациями, но не отражают волны с вертикальной поляризацией, что ограничивает его функциональные возможности.

На Фиг. 1 представлен общий вид навигационного радиооптического поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия. Вид спереди, где обозначено: 1, 2, 3 - соответственно первый УО1, второй УО2, и третий УО3 радиооптические трехгранные поляризационно-анизотропные УО, с равными треугольными гранями, расположенные вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины перпендикулярно горизонтальной плоскости, 5 - третья треугольная грань УО1, выполненная в виде поляризационной решетки из параллельно расположенных круглых металлических проводников диаметром d и расстоянием между ними B, расположенной под углом 45° к ее внешнему ребру; 6 - третья треугольная грань УО2 с такими же параметрами d и b поляризационной решетки и с такой же ориентацией 45° к ее внешнему ребру; 7 - третья треугольная грань УО3 с параметрами d и b поляризационной решетки с такой же ориентацией 45° к ее внешнему ребру (боковые металлизированные грани УО1-УО3 не обозначены); 8 - источник света, расположенный в вершине УО2, которая одновременно является его фокусом, в оптическом диапазоне волн и фазовым центром рассеяния в радиолокационном диапазоне волн (источники света УО1-УО3 не показаны); 9 - плоскость раскрыва УО3; 10 - геометрическая ось симметрии УО3, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 9 и являющаяся его оптической осью в оптическом диапазоне волн и его электрической осью в радиолокационном диапазоне волн (геометрические оси УО1 и УО2 не показаны); 11 - угол излучения 2α третьего источника света УО3.

На Фиг. 2 представлен общий вид навигационного радиооптического поляризационно-анизотропного отражателя кругового действия. Вид сзади, где обозначено: 12, 13, 14 - соответственно четвертый УО4, пятый УО5, шестой УО6 радиооптические трехгранные поляризационно-анизотропные УО с равными треугольными гранями, расположенные вокруг вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины перпендикулярно горизонтальной плоскости; 15, 16, 17 - третьи треугольные грани УО4, УО5, и УО6 с параметрами d и b поляризационной решетки с ориентацией 45° к внешнему ребру соответствующей третьей треугольной грани (боковые металлизированные грани УО4-УО6 не обозначены); 18 - источник света УО5 (источники света УО4 и УО6 не показаны); 19 - плоскость раскрыва УО6; 20 - геометрическая ось симметрии УО6, проходящая через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва 19 и являющаяся его оптической и электрической осями (геометрические оси УО4 и УО5 не показаны) 21 - угол излучения 2α УО6 относительно его оптической оси 20. Седьмой и восьмой трехгранные УО7 и УО8, плоскости раскрывов которых совпадают с горизонтальной плоскостью и не формируют круговые диаграммы рассеяния в радиолокационном и оптическом диапазонах длин волн в этой плоскости на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показаны.

На Фиг. 3 представлена обобщенная структурная электрическая схема автоматического устройства управления шестью источниками света. В состав устройства входят источник питания постоянного тока 22, фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 и источники света 24-29, выполненные в виде светоизлучающих полупроводниковых диодов. При этом катодные выводы шести светоизлучающих диодов 24-29 подключены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 22, а их анодные выводы через фотоавтомат управления 23 подключены к положительному полюсу источника питания постоянного тока 22.

На Фиг. 4 представлена обобщенная функциональная схема фотоавтомата управления сигнальным огнем 23 серии ФАУСП, выполненная по классической схеме [8, 9] и включает в себя фотодатчик 30, стабилизатор напряжения 31, проблескатор 32 и усилитель 33.

Навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия работает в радиолокационном и оптическом диапазонах длин волн следующим образом.

В радиолокационном диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия, общий вид которого спереди и сзади представлен соответственно на Фиг. 1 и Фиг. 2, представляет собой радиолокационный групповой отражатель, состоящий из восьми трехгранных УО, каждый УО состоит из трех плоских взаимно перпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны. Фазовые центры рассеяния всех УО, входящих в группу, совпадают и находятся в вершинах трехгранных УО. Восьмиуголковый радиолокационный групповой отражатель ориентирован относительно горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов седьмого и восьмого трехгранных УО, противоположно направленных вверх и вниз, совпадают с горизонтальной плоскостью и расположены перпендикулярно вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие вершины. Шесть других УО1-УО6 трехгранных УО, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси 4, проходящей через их совпадающие фазовые центры рассеяния перпендикулярно горизонтальной плоскости и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн. Их электрические оси или направления, в которых ЭПР каждого из шести трехгранных УО1-УО6 максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести трехгранных УО1-УО6 перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней. Ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести УО1-УО6, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней на уровне 0.5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину 42°.

Для придания каждому из шести трехгранных УО1-УО6, входящих в группу и формирующих круговую диаграмму обратного рассеяния поляризационно-анизотропных свойств, две боковые треугольные грани у каждого трехгранного УО1-УО6 выполнены в металлическими или металлизированными. А третьи треугольные грани 5-7 УО1-УО3 и 15-17 УО4-УО6 (см. Фиг. 1 и Фиг. 2) выполнены в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние B между которыми меньше рабочей длины волны λ, а их диаметр d<b [6,7]. Проводники расположены под углом 45° к внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных УО1-УО6.

Действие поляризационной решетки в каждом из шести поляризационно - анизотропных УО1-УО6, заключается в том, что она хорошо пропускает поляризованные падающие радиоволны с вектором поляризации ортогональным проводникам и эффективно отражает поляризованные волны с вектором поляризации параллельным проводникам, которые после трехкратного отражения от треугольных граней в каждом из шести УО1-УО6 распространяется в направлении обратном направлению падения. Это свойство обратного отражения сохраняется в широком секторе углов падения электромагнитной волны относительно геометрической оси симметрии (или электрической оси) в каждом из шести УО1-УО6, проходящей через его вершину перпендикулярно плоскости раскрыва со стороны внутренних поверхностей отражающих треугольных граней и совпадающей с электрической осью трехгранного УО.

Таким образом, в направлении электрической оси в каждом из шести трехгранных УО1-УО6 при условии, что все три треугольные грани взаимно перпендикулярны, положение вектора поляризации, соответствующее максимуму ЭПР как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, считают совпадающим с ориентацией проводников, а соответствующее минимуму ЭПР - ортогональным ориентации проводникам. При этом максимум ЭПР определяется соотношением (1), а ширина диаграммы обратного рассеяния в области главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0.5 определяется соотношением (2) и равна 42°. Радиолокационные трехгранные УО, входящие в группу из шести УО1-УО6, у которых зависит от угла ориентации плоскости поляризации падающей волны, являются поляризационно-анизотропными объектами [2,3]. При этом выбор необходимых размеров d и b поляризационной решетки для придания трехгранных УО поляризационно-анизотропных свойств осуществляется путем использования известной b [2,3,7] зависимости коэффициента прохождения по мощности для волн с линейными взаимно ортогональными поляризациями от величины d и b, выраженных в единицах длины волны λ [2,7] и удовлетворяют условию: b<λ, а диаметр d<b.

Такие поляризационно - анизотропные УО1-УО6 с указанной ориентацией поляризационной решетки будут работать не только на волнах с горизонтальной и круговыми поляризациями, но и на волнах с вертикальной поляризацией. Последнее обусловлено тем, что вертикально поляризованная падающая волна на поляризационно - анизотропные отражатели УО1-УО6 с заданной ориентацией поляризационной решетки может быть разложена на две ортогональные составляющие: параллельную проволоком и нормальную к ним. «Параллельная составляющая будет успешно отражаться от поляризационной решетки и после трехкратного отношения от треугольных граней отраженная волна будет распространяться в направлении обратном направлению падения. В тоже время «нормальная составляющая пройдет сквозь решетку без отражения. Аналогичным образом поляризационная решетка с указанной ориентацией будет действовать на падающую волну с горизонтальной или круговыми поляризациями. Правда, как известно в [2,3], ЭПР на указанных поляризациях будет меньше из-за поляризационных потерь.

В оптическом диапазоне волн заявляемый навигационный радиооптический поляризационно - анизотропный отражатель кругового действия работает следующим образом.

Так как катодные выводы светоизлучающих полупроводниковых Д24 - Д29 подключены параллельно непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока 22 (см. Фиг. 3), то при подключении их анодных выводов через фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 к положительному полюсу источника питания постоянного тока 22, светоизлучающие полупроводниковые диоды будут излучать вдоль соответствующих им оптических осей в горизонтальной и вертикальной плоскостях конические световые пучки с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной 2α≥90°. После чего, излучаемые световые потоки, попадая на взаимно перпендикулярные треугольные грани в каждом из шести трехгранных УО, после трехкратного отражения концентрируются ими на выходах в световые радиооптические пучки большей силы света , распространяющиеся вдоль соответствующих им оптических осей с угловой шириной на уровне 0.5 в 42° как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. При этом оптические оси в каждом из шести радиооптических УО, входящих в группу и формирующих в активном режиме круговую в горизонтальной плоскости диаграмму светорассеяния, совпадают с их геометрическими и электрическими осями. Поэтому угловая ширина светового потока, излучаемого в каждом из шести радиооптических УО, на уровне 0.5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях в оптическом диапазоне волн совпадает с угловой шириной главного лепестка диаграммы обратного рассеяния на уровне 0.5 в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн и составляет величину 42°.

Управление работой светоизлучающими полупроводниковыми диодами Д24-Д29 осуществляется фотоавтоматом управления сигнальным огнем 23 с автоматическим включением и выключением в зависимости от освещенности места установки радиооптического группового отражателя.

Фотоавтомат управления сигнальным огнем 23 серии ФАУСП выполнен по классической схеме [8] и его обобщенная функциональная схема представлена на Фиг. 4. В соответствии с выполняемыми функциями, в состав фотоавтомата входят то или иное сочетание следующих функциональных блоков [8]: фотодатчик выключатель 30, выполненный, как правило, в виде фоторезистора и являющийся светочувствительной частью фотоавтомата, который вырабатывает сигнал на включение светоизлучающих диодов Д24-Д29 при освещенности ниже 20-100 лк и на выключение их, если освещенность превышает указанные значения; стабилизатор напряжения 31, который поддерживает на диодах Д24 - Д29 номинальное напряжение 2.6 В или 5.2 В; проблескатор 32, выполненный в виде мультивибратора, вырабатывающего сигналы, обеспечивающие работу диодов Д24 - Д29 в проблесковом или постоянном режимах горения; усилитель 33, непосредственно включающий или выключающий диоды Д24 - Д29 по сигналам фотодатчика 30 или проблескатора 32, управляющих режимами работы сигнальных огней. Причем цвет сигнального огня красный, зеленый, желтый или белый светоизлучающих диодов Д24 - Д29 определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях.

В трехсантиметровом диапазоне волн, в котором работают все судовые РЛС, заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия может быть выполнен на основе восьми трехгранных УО с треугольными равными гранями, две боковые грани из которых, могут быть изготовлены из фольгированного стеклотекстолита, а третья треугольная грань из не фольгированного стеклотекстолита с расположенной на ней поляризационной решеткой из проводящих круглых проводников, расположенных под углом 45° к внешнему ребру третьей треугольной грани в каждом из шести УО. Для выбора диаметра проводников d и расстояния между ними b используем зависимости коэффициента прохождения по мощности для ортогонально линейно поляризованных радиоволн от величин d и b [2]. Для длины волны λ=3.2 см необходимо выбрать диаметр d=(0.5-0.6) мм и b=(4-5) 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 2α=120° как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В качестве фотоавтомата управления сигнальным огнем может быть использован фотоавтомат серии ФАУСП-3М типа НП-2 ТУ21277187. 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 емкостью 150 а/ч.

По сравнению с навигационным радиооптическим групповым поляризационно-анизотропным отражателем кругового действия, заявляемый навигационный радиооптический поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия обладает расширенными функциональными возможностями в радиолокационном диапазоне волн, обусловленными его всенаправленной в горизонтальной плоскости работой не только на волнах с горизонтальной и с круговыми поляризациями левого или правого вращения, но и на волнах с вертикальной поляризацией при параллельном приеме, с которыми работают судовые радиолокаторы.

Использованные источники информации

1. Дмитриев В.Н., Григорян В.Л., Катенин В.А. Навигация и лоция. - М.: Академкнига, 2004. - 471 с.

2. Кобак В.О. 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. РД 31.6.07-2002. Инструкция по техническому обслуживанию средств навигационного оборудования морских подходных каналов, акваторий и портов. Ростов-на Дону, 2004. - 179 с.

5. Гулько В.Л., Блинковский Н.К., Крутиков М.В., Мещеряков А.А. Навигационный радиооптический групповой отражатель кругового действия. - Патент РФ №2617799, МПК H01Q 15/18, B63B 22/16, G01S 1/70, приоритет от 29.10.2015. Бюл. № 12 от 26.04.2017.

6. Гулько В.Л., Мещеряков А.А., Блинковский Н.К. Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия. - Патент РФ №2793083, МПК H01Q 15/18, приоритет от 01.06.2022. Бюл. № 10 от 28.03.2023.

7. Журавлев В.Б. Радиолокационный отражатель. - Патент РФ №1806431, МПК H01Q 15/18, приоритет от 23.04.1990. Бюл. № 12 от 30.03.1993.

8. Шмерлинг И.Е. Монтер судоходной обстановки. - М.: Транспорт, 1977. - 173 с.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к навигационным радиооптическим поляризационно-анизотропным отражателям кругового действия. Технический результат - расширение функциональных возможностей в радиолокационном диапазоне волн, обусловленное всенаправленной в горизонтальной плоскости работой отражателя на волнах с горизонтальной, вертикальной и круговыми поляризациями. Результат достигается тем, что предложен отражатель, представляющий собой групповой радиолокационный отражатель, содержащий восемь трехгранных уголковых отражателей с равными треугольными гранями, шесть из которых расположены вокруг вертикальной оси, проходящей через их вершины, и формируют круговую в горизонтальной плоскости диаграмму рассеяния в радиолокационном диапазоне волн, причем для придания им поляризационно-анизотропных свойств две боковые треугольные грани каждого из шести трехгранных уголковых отражателей выполнены металлическими, а третья грань выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных металлических проводников, ориентированных под углом 45° к внешнему ребру третьей грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей. 4 ил.

Навигационный радиооптический групповой поляризационно-анизотропный отражатель кругового действия, содержащий групповой радиолокационный отражатель кругового действия, шесть источников света, фотоавтомат управления сигнальным огнем и источник питания постоянного тока, причем групповой радиолокационный отражатель состоит из восьми трехгранных уголковых радиолокационных отражателей, каждый из которых состоит из трех плоских взаимоперпендикулярных треугольных отражающих граней одинаковых размеров, значительно превышающих длину волны, фазовые центры рассеяния которых совпадают и находятся в вершинах трехгранных УО, входящих в группу, при этом восьмиуголковый групповой радиолокационный отражатель ориентирован относительно горизонтальной плоскости так, что плоскости раскрывов двух противоположно направленных трехгранных УО, входящих в группу, расположены перпендикулярно вертикальной оси, проходящей через их вершины, и совпадают с горизонтальной плоскостью, а шесть других трехгранных УО, входящих в группу, расположены вокруг вертикальной оси, проходящей через их фазовые центры рассеяния перпендикулярно горизонтальной плоскости, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в этой плоскости в радиолокационном диапазоне волн и их электрические оси, или направления, в которых эффективная поверхность рассеяния каждого из шести трехгранных уголковых отражателей максимальна в горизонтальной и вертикальной плоскостях, совпадают с их геометрическими осями симметрии, проходящими через соответствующие им вершины шести уголковых отражателей перпендикулярно плоскости их раскрывов со стороны внутренних отражающих поверхностей треугольных граней, при этом ширина основного лепестка диаграммы обратного рассеяния каждого из шести трехгранных уголковых отражателей, соответствующая трехкратному отражению электромагнитных волн от треугольных граней, на уровне 0.5 в горизонтальной и вертикальной плоскостях, составляет величину 42°, а шесть источников света расположены в соответствующих им вершинах шести трехгранных уголковых отражателей и подключены через фотоавтомат управления сигнальным огнем к источнику питания постоянного тока, причем каждый из шести источников света выполнен в виде светоизлучающего полупроводникового диода, подключенных между собой параллельно, и их катодные выводы подсоединены непосредственно к отрицательному полюсу источника питания постоянного тока, а их анодные выводы через фотоавтомат управления сигнальным огнем подключены к положительному полюсу источника питания постоянного тока, при этом вершины каждого из шести трехгранных уголковых отражателей являются их фокусом в оптическом диапазоне волн и расположены на оптических осях, совпадающих с геометрическими осями симметрии трехгранных уголковых отражателей, в направлении которых сила света в горизонтальной и вертикальной плоскостях максимальна , а также совпадают с их электрическими осями в этих плоскостях в радиолокационном диапазоне волн, кроме того, угол излучения каждого из шести источников света 2α относительно оптической оси трехгранного уголкового отражателя в горизонтальной и вертикальной плоскостях составляет величину 2α≥90°, при этом в оптическом диапазоне волн в направлении оптических осей каждого из шести трехгранных уголковых отражателей в пространство излучается в этих плоскостях конический световой поток с белым, красным, зеленым или желтым цветами свечения сигнального огня с угловой шириной 42° на уровне 0.5 , совпадающий с шириной основного лепестка диаграммы обратного рассеяния в горизонтальной и вертикальной плоскостях на уровне 0.5 в радиолокационном диапазоне волн, при этом цвет свечения сигнального огня определяется сложившейся навигационной обстановкой на водных путях, причем две боковые треугольные грани у каждого из шести трехгранных уголковых отражателей с их внутренней стороны выполнены металлическими или металлизированными, при этом третья треугольная грань в каждом из шести треугольных уголковых отражателей выполнена в виде поляризационной решетки, состоящей из параллельных между собой круглых металлических проводников, расстояние b между которыми меньше рабочей длины волны λ, а их диаметр d<b, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в горизонтальной плоскости для электромагнитных волн с горизонтальной и круговыми поляризациями в радиолокационном диапазоне волн, отличающийся тем, что проводники расположены под углом 45° к внешнему ребру третьей треугольной грани, совпадающему с горизонтальной плоскостью в каждом из шести трехгранных уголковых отражателей, и формируют круговую диаграмму обратного рассеяния в горизонтально плоскости для электромагнитных волн с вертикальной поляризацией в радиолокационном диапазоне волн.