Отражатель радиолокационных сигналов Советский патент 1992 года по МПК H01Q15/18 

Изобретение относится к радиотехнике, а именно для создания линзовых антенн и отражателей радиолокационных сигналов на основе линзы Люнеберга и может быть использовано для изготовления навигационных знаков, маркеров и буев при управлении движением преимущественно морского транспорта.

Известны конструкции отражателей, построенные на основе диэлектрической линзы Люнеберга, позволяющие получать высокие значения эффективной площади рассеивания (ЭПР) в широких пределах угла места независимо от азимута.

Однако на практике не удается реализовать плавного изменения относительной диэлектрической проницаемости вдоль радиуса линзы от величины Ј 1 на поверхности до Ј 2 в центре линзы, обеспечив при этом необходимые требования по механической прочности и эксплуатационной надежности конструкций.

Известны высокопрочные конструкции отражателей в виде трех пересекающихся металлических дисков, заключенных в шаре диэлектрика. Однако данные уголковые отражатели пригодны лишь для установки в морских проливах или других узких местах из-за наличия широких провалов в диаграммах направленности.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции отражателя радиолокационных сигналов по технической сущности и достигаемому результату является конструкция, представляющая собой цилиндрическую линзу, показатель преломления которой изменяется по радиусу из-за наличия расходящихся от центра диэлектрических пластин с толщинами, уменьшающимися от центра к периферии линзы. Данная конструкция линзы может быть создана без применения пе- нопластов, что позволит увеличить механическую прочность и эксплуатационную надежность.

vj 00

S

о

Однако получение закона распределения показателя преломления линзы соответствующего рефлектору Люнеберга приводит к образованию достаточно тонких пластин по отношению к их длине.

Как показывают расчеты, чем выше () диэлектрическая проницаемость материала, тем меньше механическая прочность и эксплуатационная надежность.V

Целью изобретения явтгяется повышение механической прочности эксплуатационной надежности конструкции отражателя на основе рефлектора Люнеберга.

Указанная цель достигается тем, что расходящиеся от центра диэлектрические пластины выполняются одинаковой толщины, вводятся диэлектрические оболочки переменной толщины, которые устанавливаются концентрично друг относительно друга с равным шагом и скрепляются с диэлектрическими пластинами через взаимосопрягаемые прорези, причем толщина диэлектрических оболочек d выбирается равной

d T-zrjaf TT (2-l«)2-(2i-1)a -2хг.(И)

где i 2...m - порядковый номер диэлектрической оболочки переменной толщины, отсчитываемый от наружной оболочки;

2ЈтЈ5 - число диэлектрических оболочек переменных толщин;

do - толщина наружной оболочки, равная 0,2ЈdoЈ0,8 мм;

а-угол между пластинами в радианах, выбираемый из условия

10 a d - шаг между диэлектрическими оболочками переменной толщины;

а - радиус отражателя радиолокационных сигналов;

е - относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрических пластин и диэлектрических оболочек переменной толщины;

h - толщина диэлектрических пластин.

Новыми существенными признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа являются: диэлектрические пластины выполнены одинаковой толщины, диэлектрические оболочки - переменной толщины, выбираемой по определенной формуле; диэлектрические оболочки установлены концентрично друг относительно друга с равным шагом; диэлектрические пластины и оболочки соединяются между собой через взаимосопрягаемые прорези;

соотношение, по которому определяется толщина оболочки.

Докажем возможность достижения положительного эффекта.

Конструкция линзы представляет собой

ячеистую неоднородную структуру с центральной симметрией, поэтому она может быть выполнена в виде цилиндра (фиг.1) или шара (фиг.2). Пластины 1 линзы состоят из

конструкционного диэлектрика с диэлектрической проницаемостью е 2,2...4,5 и малым тангенсом угла диэлектрических потерь (0,2...1)x10 . Оболочки 2 состоят из того же конструкционного материала. Пластины

вставлены в прорези оболочек и закреплены прорезями в пластинах. Данная решетчатая конструкция помещена в обтекателе 3 с отражающим (токопроводящим) слоем 4. В итоге образована регулярная решетчатая

конструкция с равномерным распределением механической нагрузки вдоль радиальных и тангенциальных направлений через взаимоскрепленные детали, имеющая преимущества в прочностных и эксплуатационных характеристиках по сравнению с конструкцией прототипа Конструкция отражателя в виде решетчатой структуры позволяет подучить наибольшее приближение к требуемому закону коэффициента преломления вдоль радиуса линзы и позволяет осуществить сборку деталей без клея и дополнительной механической обработки. Это позволяет значительно сократить стоимость линзовых антенн и отражателей и

увеличить их габаритные размеры для получения более высоких ЭПР. Кроме того, решетчатые конструкции с дренажными или вентилируемыми отверстиями сохраняют работоспособность при воздействии сорбционной влажности, мощных электромагнитных полей. Неоднородная структура линзы, состоящая из диэлектрика с однородными Свойствами обладает при выполнении заявляемого соотношения

показателем преломления } изменяющегося по закону:

О)

n(R) /2-(R /a)2, где а - радиус рефлектора; R - текущий радиус.

В самом деле, учитывая центральную симметрию конструкции линзы, рассмотрим схему представленную на фиг 3

Примем следующие обозначения: Ii,l2...|i - длина дуг оболочек, заключенных в секторе;

10 - длина дуги обтекателя в секторе и расстояние между оболочками линзы (0 аа) ;

Si,S2-.Si - площади частей секторов;

Qi,Q2...Qi - площади частей секторов, заполненных диэлектриком;

di,d2...di - толщины оболочек;

do - толщина обтекателя.

Выразим кажущуюся диэлектрическую проницаемость части сектора номера I через геометрические параметры конструкции и диэлектрическую проницаемость материала.

я.о.-« + з.-о.а(,1) + 1И

Выразим длины дуг оболочек, заключенных в секторе «через радиус отражателя а: h o(a-llo) lo(Ha ) (3) Находим площади частей секторов:

Г)

Si 2{ а-0-1) (2и)а (4)

Находим площади секторов, заполненных диэлектриком:

Qi loh + - In + |Ч lo{h +1 di-i(1-/i-

-1/a)di(1-ia)}(5)

После несложных преобразований получаем:

W2h+di-i i-(i-i)(i -i«) (K. x2-(2i-i) w

Представляя текущий радиус для ре- шетчатой конструкции в виде:

R a(1-la)(7)

получим: eh 1+ia(2-ia )(8)

Далее после несложных преобразований находим рекуррентную формулу для оп- ределения толщины оболочек:

1 pale 1 ((2Н) (-

xc di-i}(9)

Толщина диэлектрических пластин h выбирается в зависимости от материала диэлектрика и требований к механической прочности. Но далее, чтобы линза отражателя имела требуемый закон коэффициента преломления вдоль радиуса необходимо выбрать соответствующие толщины 3 оболочек. Этот выбор осуществляется с помощью приведенного соотношения.

Угол а выбирается из следующего известного соотношения:

ft

а (1 +Sin Qmax)

Очевидно, что угол а с учетом данного условия необходимо выбирать таким обра

0

5

0

5

с

о

5

0

5

зом, чтобы окружность делилась на равные отрезки.

К ; K K-mod(K,2) + 2,

где К - число расходящихся от центра пластин;

mod(K,2) - оператор, представляющий собой остаток от деления чисел.

Число оболочек I согласно фиг.З находится по формуле: I a/lo или с учетом соотношения (9)

i (1+sinQmax)

Также очевидно, что число оболочек должно быть целым в связи с чем

m f loor(m) -1,

где floorOn) наибольшее целое не превосходящее число т.

По результатам расчетов di согласно заявляемому соотношению установлено, что тЈ5 - из условий не более 5% погрешности вычисления по приведенному в формуле изобретения соотношению.

- из условия выполнения заданного закона показателя преломления.

По результатам расчетов выбран интервал значений толщины наружной оболочки линзы, исходя из условий механической прочности (нижний предел dЈ0,2 мм), и условий получения приемлемых неотрицательных значений для d (верхний предел d$0,8 мм).

В качестве проверки возможности построения предлагаемых конструкций отражателей разработан цилиндрический макет. Макет изготавливается из текстолита с диэлектрической проницаемостью е 4,5, t г толщиной h 1,5 мм и плотностью р 1,5 г/см3. Цилиндрические оболочки 2 изготавливаются намоткой размерами di -1,6; Ri 100; d2 3.3 Rz 75; da 2,4 R3 -50; d4 1,0: R4 25. В оболочках выполняются прорези толщиной h 1,5 мм до середины образующих цилиндра, в шахматном порядке. В пластинах 1 выполняются взаимосопрягаемые прорези толщинами 1,6; 3,3; 2,4; 1,0.

Собранная решетчатая конструкция помещается в цилиндрический обтекатель 3. на внутреннюю поверхность которого наносится токопроводящий слой, например, в виде параллельных полос под углом 45° к образующей цилиндра.

Данный макет радиолокационного отражателя имеет высокую ЭПР (более 250 м ) не зависящую от азимутального направления для соответствующих плоскополяризованных волн.

Результаты испытаний по определению стойкости к воздействию климатических

факторов и эксплуатационных механических нагрузок показывают, что Несущая способность линзы макета, в том числе без обтекателя, обеспечивается при статически распределенных нагрузках .9 кг/см2.

Распределение плотности вдоль радиуса макета, которое подтверждается расчетной формулой:

Р-1.3 А1

10

аа

2h+di-i 1 -(i-1)(l -la) 2-(2 I -1)a

+ 1,,

находится в интервале от 0,1 до 0,4 г/см , Следовательно, исключается тяжелое центральное ядро и рыхлая внешняя оболочка, что способствует повышению устойчивости конструкции при вибрации, качке и тряске. . Отмечено, что снижение веса отражателя осуществляется при увеличении диэлектрической проницаемости материала линзы.

Формула изобретения Отражатель радиолокационных сигналов, содержащий линзу Люнеберга с отражающим слоем, выполненную в виде расходящихся от центра диэлектрических пластин, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности и эксплуатационной надежности, диэлект0

рические пластины выполнены одинаковой толщины, введены диэлектрические оболочки переменной толщины, которые установлены концентрично друг относительно друга с равным шагом и скреплены с диэлектрическими пластинами через взаимосопрягаемые прорези, причем толщина диэлектрических оболочек di выбирается равной

1

di

(2-iaX2-(2l-1)

5

0

5

0

1-lale . (l-1)

где I 2...m - Порядковый номер диэлектрической оболочки переменной толщины, отсчитываемой от наружной оболочки;

- число диэлектрических оболочек переменной толщины;

do - толщина наружной оболочки, равная 0,2 ,8 мм;

a - угол между диэлектрическими пластинами в радианах, выбираемый из условия

lo а а - шаг между диэлектрическими оболочками переменной толщины;

а - радиус отражателя радиолокационных сигналов;

е - относительная диэлектрическая проницаемость материала диэлектрических пластин и диэлектрических оболочек переменной толщины;

h - толщина диэлектрических пластин.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для создания отражателей радиолокационных сигналов на основе линзы Люнеберга, используемых в качестве навигационных знаков, маркеров и буев при управлении движением водного транспорта. Целью изобретения является повышение механической прочности и эксплуатационной надежности Отражатель радиолокационных сигналов выполнен в виде расходящихся от центра диэлектрических пластин одинаковой толщины и диэлектрических оболочек переменной толщины, которые установлены концентрично друг относительно друга с равным шагом и скреплены с диэлектрическими пластинами через взаимосопрягаемые прорези. Толщина диэлектрических оболочек выбирается из математического выражения. 3 ил. ч ё

Фи&З