NO333541B1 - Radom med lite radartverrsnitt - Google Patents

Abstract

En radom (50) med lite radar-tverrsnitt omfatter et nedre innoverdivergerende konusparti (52), et mellomliggende utover-divergerende konusparti (54) ovenpå det nedre innover-divergerende konusparti (52), samt et krumt toppparti (56) ovenpå det mellomliggende utover-divergerende konusparti (54).

Description

OPPFINNELSENS OMRÅDE

Denne oppfinnelse gjelder radomer.

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Radomer er små hus som skjermer en antennesammenstilling på bakken, på et skip eller på et luftfartøy og lignende, mot værelementene. Radomer kan være utført i mange forskjellige materialer og de er vanligvis av kuleform, formet som en lyspære eller har sylinderform.

Radomer med disse former er imidlertid ikke i stand til å oppfylle de radar-tverrsnitt- (RCS-) fordringer som er påført av myndighetene. Skjønt tidligere kjente radomer i tilstrekkelig grad skjermer antennesammenstillingen, er det slik at deres geometriske form gjør at de har en høy RCS-verdi og således lett kan detekteres av fiendtlig radar. Uheldigvis kan radar-absorberende materialer vanligvis ikke anvendes i sammenheng med radomer på grunn av at disse materialer vil forårsake blokkering av den antennesammenstilling som befinner seg inne i radomen.

Myndighetene i USA foreslår selv en radom som har en utover-divergerende vegg. Skjønt denne radom geometrisk synes å ha et lavere RCS-tverrsnitt, ble det imidlertid funnet at dens stråleavtrykk var utilfredsstillende høyt på grunn av den utover-divergerende vegg og således ikke kunne brukes i mange anvendelser, f.eks. ombord på skip, hvor plass har høyeste prioritet. I tillegg er denne radom-geometri i seg selv ikke egnet til å kunne ombygges fra eksisterende installasjoner av antennesammenstillinger.

Det foreligger følgelig et behov for en radom med lav RCS-verdi og konstruert på en slik måte at den ikke degraderer radarsender-egenskapene for den antennesammenstilling som rommes i radomen og som også har et stråleavtrykk av lignende art som eksisterende radomer.

Patentpublikasjoner SE 522 875 C2, DE 40 37 701 A1 og EP 0 154 240 A2 angir det som er kjent på området og som ligger nærmest denne oppfinnelsen.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er derfor et formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom med lite radar-tverrsnitt (RCS).

Det er et ytterligere formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom som er utprøvd til å tilfredsstille de RCS-fordringer som er satt av de Forente Staters myndig-heter.

Det er enda et formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom med lav RCS-verdi og som ikke utgjør noen blokkering av antennesammenstillingen inne i radomen.

Det er enda et ytterligere formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom med lav RCS-verdi og som på ingen måte degraderer vedkommende antenne-sammenstillings senderadferd.

Det er enda et formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom med lav RCS-verdi og som har et godtakbart stråleavtrykk.

Det er videre et formål for denne oppfinnelse å frembringe en radom med lav RCS-verdi og som kan tilpasses for bruk i forbindelse med eksisterende installasjoner av antennesammenstillinger.

Hovedtrekkene ved denne oppfinnelsen er angitt i det selvstendige krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige krav.

Denne oppfinnelse har som utgangspunkt erkjennelsen av at en radom med lite radar-tverrsnitt og som er utprøvd til å tilfredsstille de fastlagte fordringer fra myndig-heter i USA og som ikke blokkerer signaler fra å nå frem til antennesammenstillingen inne i radomen, som har et godtakbart stråleavtrykk og som kan tilpasses for bruk i sammenheng med eksisterende installasjoner av antennesammenstillinger og blir oppnådd ved å utføre radomen slik at den har et krumt øvre parti, en utover-divergerende vegg som strekker seg fra det krumme topparti, samt en innover-divergerende vegg som er videreført fra det utover-divergerende veggparti nedover til radomens basisparti.

Denne oppfinnelse som gjelder en radom med lite radar-tverrsnitt, omfatter et nedre innover-divergerende konusparti, et midlere utover-divergerende konusparti ovenpå det nedre innover-divergerende konusparti, samt et krumt topparti ovenpå det mellomliggende utover-divergerende konusparti.

I en foretrukket utførelse er divergeringsvinkelen for det nedre konusparti mellom 12° og 15°, mens divergeringsvinkelen for det mellomliggende konusparti er mellom 25° og 35°. Vanligvis er divergeringsvinkelen for det mellomliggende konusparti 10° større enn divergeringsvinkelen for det nedre konusparti. I den foretrukne utførelse er også utsiden av radomen glatt og kontinuerlig, mens det krumme topparti har kuleform.

Radomen med lite radartverrsnitt i henhold til denne oppfinnelse har en nedre innover-divergerende vegg, et mellomliggende utover-divergerende veggparti som strekker seg oppover fra den nedre innover-divergerende vegg, samt et krumt topparti ovenpå den mellomliggende utover-divergerende vegg. I den foretrukne utførelse er divergeringsvinkelen forden nedre innover-divergerende vegg mellom 12° og 15°, mens divergeringsvinkelen for den mellomliggende utover-divergerende vegg er 10° større enn divergeringsvinkelen for den nedre innover-divergerende vegg.

En radom med lite radar-tverrsnitt og i samsvar med denne oppfinnelse, omfatter et nedre innover-divergerende parti, et mellomliggende utover-divergerende parti som rager oppover fra det angitte nedre innover-divergerende parti, samt et topparti ovenpå det mellomliggende utover-divergerende parti.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Andre formål, særtrekk og fordeler vil fremgå for fagkyndige på område ut i fra følgende beskrivelse av en foretrukket utførelse, under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: fig. 1 er en skjematisk tredimensjonal skisse med visse bortskårne partier av en typisk radom som rommer en antennesammenstilling i sitt indre,

fig. 2 er en skjematisk skisse som viser en tidligere kjent kuleformet radom,

fig. 3 er en skjematisk skisse som viser en tidligere kjent radom utformet som en lyspære,

fig. 4 er en skjematisk skisse som viser en tidligere kjent radom med sylinderform,

fig. 5 er en skjematisk skisse som viser en tidligere kjent radom med en divergerende vegg av den art som er foreslått av vedkommende myndighet i USA,

fig. 6 er en skjematisk skisse som viser den typiske forplantningsbane for radar-energi gjennom en tidligere kjent lyspæreformet radom,

fig. 7 viser radomen i fig. 6 sett ovenfra og angir hvorledes det målte radar-tverrsnitt er blitt høyt for denne tidligere kjente lyspæreformede radom-utførelse på grunn av tallrike indre refleksjoner av radar-energi,

fig. 8 er en skjematisk skisse som viser speilrefleksjoner fra forsiden og baksiden av de vertikale vegger på en tidligere kjent sylinderformet radom,

fig. 9 er en skjematisk skisse som viser den ene side av en radom med lite radar-tverrsnitt og i samsvar med foreliggende oppfinnelse,

fig. 10 viser skjematisk en tredimensjonal skisse med delvis bortskårne partier av den radom med lite radar-tverrsnitt som er vist i fig. 9,

fig. 11 er en skjematisk skisse som viser avbøyningen av indre radar-refleksjoner i radomen i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 12 er en skjematisk skisse som angir reduksjonen av indre flerrefleksjoner i radomen i henhold til foreliggende oppfinnelse,

fig. 13 er en grafisk fremstilling som viser det beregnede radar-tverrsnitt ved 9 GHz for en tidligere kjent lyspæreformet radom, og

fig. 14 er en grafisk fremstilling som viser det beregnede radar-tverrsnitt ved 9 GHz for radomen med lite radar-tverrsnitt i henhold til foreliggende oppfinnelse.

OMTALE AV DEN FORETRUKNE UTFØRELSE

Som omtalt i den ovenfor angitte bakgrunnsseksjon, er radomen 10 i fig. 1 anordnet for å skjerme den innvendig monterte antennesammenstilling 12 mot påvirk-ning fra værelementene. Vanligvis foreligger det bare omkring 5,08 cm (2 tommers) klaring mellom utsiden av antennesammenstillingen 12 og innsiden av radomen 10.

I henhold til kjent teknikk er radomen 10 i fig. 1 typisk utformet kuleformet eller sfærisk slik som angitt i fig. 2, lyspæreformet som angitt i fig. 3, eller mindre typisk med sylinderform, som vist i fig. 4.

Disse radom-former er imidlertid blitt bestemt av sine oppfinnere for å ha et for-holdsvis stort radar-tverrsnitt (RCS) som omtalt nedenfor, og kan da som sådan lett detekteres av fiendens radar-systemer.

I bakgrunnsseksjonen ovenfor er det også omtalt den foreslåtte radom 20 av US-myndighetene, nemlig i fig. 5, en utover-divergerende vegg 22. Skjønt denne ut-førelse oppviser en lav RCS-verdi, er dets stråleavtrykk uhensiktsmessig stort og den kan således ikke brukes i anvendelser hvor plass har høy prioritet (f.eks. ombord i et skip), og den kan heller ikke lett samordnes med eksisterende radom-installasjoner.

Som vist i fig. 6-7, vil det målte radar-tverrsnitt for den lyspæreformede radom 30 være høyt på grunn av ytre (frontvegg) speilrefleksjoner, slik som vist ved 30 i fig. 7, indre (bakvegg) speilrefleksjoner etter passasje gjennom radomen, slik som vist ved 32, samt flere indre refleksjoner, slik som angitt ved 34. Den sylinderformede radom i fig. 4 har særlig store speilrefleksjoner fra for- og baksiden av sine vertikale vegger, slik det vil fremgå av fig. 8.

Bruk av frekvensselektive overflater (FSS) i forbindelse med radomer, er også blitt foreslått. En slik FSS-radom vil bare slippe gjennom driftsfrekvensbåndene, men avvise andre frekvenser. FSS er imidlertid meget kostnadskrevende og har dårlig adferd når driftsfrekvensen ligger nær de frekvenser som skal avvises.

Radomen 50 i fig. 9-12 er utført i samsvar med denne oppfinnelse og har et særegent lavt radar-tverrsnitt (RCS) samt også godtakbart stråleavtrykk, og krever ikke noen frekvensselektive flater eller lider av de ulemper som opptrer i forbindelse med disse.

Radomen 50 har særtrekk som omfatter et nedre innover-divergerende konusparti 52, et midlere eller mellomliggende utover-divergerende konusparti 54, samt et krumt topparti 56. Divergeringsvinkelen 6 for det nedre konusparti 52 ligger typisk mellom 12° og 15°. Divergeringsvinkelen y for det mellomliggende konusparti 54 bør være minst 10° større enn divergeringsvinkelen 6 for det nedre konusparti 52, slik at vinkelens halveringslinje mellom de nedre innover-divergerende og de øvre utover-divergerende vegger på radomen vil være rettet nedover, for derved å redusere de flere tilbakereflekterte radarsignaler fra radomens bakvegg. I den foretrukne utførelse ligger y typisk mellom 25° og 35°.

Som vist i fig. 10, er veggene og utsiden 60 på radomen fortrinnsvis glatte og sammenhengende rundt radomens periferi for hvert av dens nederste partier, og det krumme topparti 56 er da kuleformet, skjønt disse forskrifter ikke nødvendigvis er begrensende for oppfinnelsen som sådan. Veggen på det utover-divergerende konusparti 54 forløper fortrinnsvis tangensialt i forhold til krumningen på det kuleformede øvre parti 56, slik som vist i fig. 9. Atter utgjør imidlertid ikke dette noen nødvendig begrensning i forbindelse med foreliggende oppfinnelse. Som vist ved 51 og stiplet i forlengelse av veggen på det nedre innover-divergerende konusparti 52, vil det derved bli dannet en fullstendig konus. Som vist ved 55 og stiplet, vil også veggen av det utover-divergerende parti 55 i forlengelse også danne en konus. Denne foretrukne konstruksjon utgjør imidlertid ikke nødvendigvis en begrensning av foreliggende oppfinnelse, og alternative utførelser med avvikende innover-rettede og utover-rettede divergerende former, vil kunne brukes.

I en spesifikk utførelse hadde basispartiet 62 en diameter på 181,86 cm (71,6 tommer), mens det nedre konusparti 52 var 115,82 cm (45,6 tommer) høyt, 6 var 13°, y var 25°, og krumningsradien for det kuleformede topparti 56 var 109,47 cm (43,1 tommer), den totale høyde av radomen 50 var 213,87 cm (84,2 tommer) og vegg-tykkelsen var 0,33 cm (0,13 tommer). Radomen 50 kan hensiktsmessig konstrueres i de materialer som er blitt brukt ved fremstilling av tidligere kjente, vanlige radomer.

Den særegne gravegrabb-formede radom i henhold til foreliggende oppfinnelse avviker noe fra den tidligere kjente og anvendte sfæriske form og utvider bare i liten grad radomens basisradius, men reduserer likevel radar-tverrsnittet ved å forandre frontsidens speilreflekterende kuleflate til sammenføyningen ved grabbformen, således at speilrefleksjonene avbøyes bort fra den truende retning, slik som angitt ved 70 i fig. 11, samt avbøyer også de flere indre refleksjoner bort fra den truende retning, slik som angitt ved 72 i fig. 12. Som sådan reduserer den viste radom 50 i fig. 9-12, radartverrsnittet i vesentlig grad ved geometriske modifikasjoner uten en vesentlig kostnadsøkning. Spesielt vil denne nye geometri avvike flerrefleksjons-returstråler, et særtrekk som ikke kan gjenfinnes ved vanlige geometriske utforminger, og som er angitt i fig. 7. Denne særegne gravegrabb-geometri i henhold til foreliggende oppfinnelse medfører også avbøyning til speilrefleksjoner. Virkningen på antennens adferd er minimal og stråleavtrykket forblir godtakbart.

En analyse som er utført av oppfinnerne viser at vinkelen 6, fig. 9 (vinkelen mellom den nedre gravegrabb-vegg og en vertikallinje) bør skråstilles, slik at normalen på veggen ligger noen få grader over den nedre vinkel for truingselevasjonsvinduet. På den andre side bør 6 holdes tilstrekkelig liten til å hindre dobbelt tilbakekasting fra radomens indre bakvegg. Området for 6 er da typisk 12-15°. Området for vinkelen y (vinkelen mellom den øvre gravegrabb-vegg og vertikallinjen) ligger typisk i området mellom 25°-30°. Vinkelen y bør ligge så nær 25° som mulig for å nedsette til et minimum den signalutsendelses-degradering som skriver seg fra den innskuddsfase-variasjon som forårsakes av skjøten mellom de øvre og de nedre vegger av gravegrabb-formen. Vinkelen y bør være minst 10° større enn vinkelen 6, slik at vinkel-halveringslinjen for vinkelen mellom de nedre og øvre vegger på gravegrabben blir rettet nedover, således at antall tilbakekastninger fra radomens bakvegg vil bli nedsatt til et minimum. Det vil imidlertid være mulig å tilpasse disse vinkler til en hvilken som helst trusselretning. I den foretrukne utførelse som er vist i fig. 9, er trusselretningen typisk langs horisonten.

Radomen i henhold til foreliggende oppfinnelse ble utført for utprøvning og viser seg å ha meget lavt radar-tverrsnitt sammenlignet med tidligere kjente radomer. Fig.

13 og 14 sammenligner da radar-tverrsnittet ved 9 GHz for en tidligere kjent lyspæreformet radom (fig. 13) med radomen med lavt radar-tverrsnitt i henhold til foreliggende oppfinnelse, slik den fremgår av fig. 9-12.1 hver figur er elevasjonsvinkelen angitt

langs horisontalaksen, mens decibelverdier er angitt langs vertikalaksen. Området av primær interesse ligger i et elevasjons-vinkelområde mellom -5° og 10°. Som vist i fig. 13, oppviser den tidligere kjente lyspæreformede radom, radar-tverrsnittsverdier som ligger godt over 20 dB, primært på grunn av de mange indre refleksjoner, slik som omtalt i forbindelse med fig. 6 og 7 ovenfor. Den gravegrabb-formede radom i fig. 9-12 oppviser da lavere radom-tverrsnittsverdier, slik som angitt i fig. 14, på grunn av at antallet indre flerrefleksjoner er nedsatt til et minimum, slik det vil fremgå av fig. 12.

Som sådan har radomen 50 i fig. 9 et lavere radar-tverrsnitt fastlagt ved utprøv-ning for å tilfredsstille de krav som er fremsatt av de Forente Staters myndighet på dette området. Radomen 50 vil ikke blokkere radar-signaler som returnerer fra et mål fra å nå frem til den antennesammenstilling som rommes i radomen, og radomen 50 har videre et lite stråleavtrykk som gjør den egnet for nyinnpasning for bruk i forbindelse med eksisterende installasjoner for antennesammenstillinger. Ved å konstruere radomen 50 slik at den har et krumt topparti 56, utover-divergerende vegger 54 som strekker seg ut fra det krumme topparti 56, samt innover-divergerende vegger 52 som er anordnet i forlengelse av de utover-divergerende vegger 54 ned til basispartiet 62 av radomen, vil radar-tverrsnittet i forbindelse med radomen 50 være lavere enn det radar-tverrsnitt som har sammenheng med radom-former av den art som er vist i fig. 2-4, samtidig som radomen 50 vil ha et mindre stråleavtrykk enn den radom som er angitt i fig. 5.

Skjønt spesifikke særtrekk ved oppfinnelsesgjenstanden er vist på visse tegninger og ikke på andre, er dette gjort slik av bekvemmelighetsgrunner da hvert særtrekk kan kombineres med samtlige av de øvrige særtrekk i henhold til oppfinnelsen. Uttrykkene "inkluderer", "omfatter", "har" og "med" slik de anvendes her, bør da tolkes bredt og omfattende.

Claims (4)

1. Radom med lite radar-tverrsnitt, karakterisert vedat den omfatter: et nedre innover-divergerende konusparti (52), et mellomliggende utover-divergerende konusparti (54) ovenpå det angitte nedre innover-divergerende konusparti (52), og et krumt topparti (56) ovenpå det mellomliggende utover-divergerende konusparti (54), hvor divergeringsvinkelen for det nedre innover-divergerende konusparti (52) er mellom 12° og 15°, og divergeringsvinkelen for det mellomliggende utover-divergerende konusparti (54) er 10° større enn for divergeringsvinkelen for det nedre innover-divergerende konusparti (52).

2. Radom ifølge krav 1, karakterisert vedat divergeringsvinkelen for det mellomliggende utover-divergerende konusparti (54) ligger mellom 25° og 35°.

3. Radom ifølge krav 1, karakterisert vedat radomens (50) utside er jevn og sammenhengende.

4. Radom ifølge krav 1, karakterisert vedat det krumme topparti (56) har kuleform.