RU2072597C1

RU2072597C1 - Cassegrain antenna with decreased effective scattering surface

Info

Publication number: RU2072597C1
Application number: RU93046530A
Authority: RU
Inventors: В.А. Шепелин
Original assignee: Шепелин Виктор Аркадьевич
Priority date: 1993-10-06
Filing date: 1993-10-06
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: radio engineering. SUBSTANCE: electromagnetic waves of vertical polarization being incident on the surface of paraboloid mirror 1 get reflected from it, since vector E is parallel with its conductors. The effective scattering cross-section for waves of this polarization is determined by the radius of paraboloid mirror 1. Electromagnetic waves of horizontal polarization freely pass through paraboloid mirror 1, since the vector is perpendicular to its conductors, are incident on the surface of plane ribber mirror 2 and on the surface of hemispherical mirror 8. Since the plane ribbed mirror turns the plane of polarization of the electromagnetic wave that is incident on it, the vertically polarized electromagnetic wave is incident on the internal surface of paraboloid mirror 1, gets reflected from it and, freely passing through hemispherical mirror 8, gets focused on the aperture of feed 3. That part of electromagnetic wave that has got on hemispherical mirror 8 is reflected from it, since vector E is parallel with its conductors, freely passes through paraboloid mirror 1 and gets scattered in space. Since the effective scattering cross-section of hemisphere is always less than that of the feed with equal dimensions non-matched in polarization, employment of such a hemispherical polarized mirror in the Cassegrain antenna sheltering the feed decreases the effective scattering cross-section of the antenna on the whole and, consequently, enhances radar deception of the antenna. EFFECT: enhanced radar deception of airborne antenna. 2 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в радиоизмерительной и радиолокационной технике, в системах связи. The invention relates to antenna technology and can be used in radio metering and radar technology, in communication systems.

Цель изобретения повышение радиолокационной маскировки бортовых антенн. The purpose of the invention is the improvement of radar masking of airborne antennas.

Известно устройство уменьшения отражений от строительных материалов, состоящее из двух слоев, причем на внешней поверхности первого слоя и на границе слоев располагаются антенны, нагруженные на сопротивления. A device is known for reducing reflections from building materials, consisting of two layers, and on the outer surface of the first layer and at the boundary of the layers are antennas loaded with resistance.

Недостатком данного устройства является узкая полоса пропускания. The disadvantage of this device is the narrow bandwidth.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является двухзеркальная антенна, содержащая параболическое зеркало, плоское ребристое зеркало и облучатель, являющийся излучателем сферических электромагнитных волн с вертикальной поляризацией, причем параболическое зеркало выполнено в виде набора вертикальных металлических пластин, расстояние между которыми равно λ/8, укрепленных на параболоиде вращения из прозрачного материала, а плоское ребристое зеркало в виде металлического листа с закрепленными на нем под углом 45^o к вертикали металлическими пластинами, высота которых равна λ/4, а расстояние между которыми лежит в пределах от λ/8 до λ/4.
Недостатком данного устройства является высокая эффективная поверхность рассеяния, обусловленная переотражением падающей горизонтально поляризованной волны облучателем.Closest to the proposed technical solution is a two-mirror antenna containing a parabolic mirror, a flat ribbed mirror and an irradiator that emits spherical electromagnetic waves with vertical polarization, and the parabolic mirror is made in the form of a set of vertical metal plates, the distance between which is λ / 8, mounted on paraboloid of revolution of a transparent material, and ribbed flat mirror in the form of a metal sheet attached to it at an angle of 45 ^o to twirl potassium metal plates, the height of which is equal to λ / 4, and the distance between which lies in the range from λ / 8 to λ / 4.
The disadvantage of this device is the high effective scattering surface due to the re-reflection of the incident horizontally polarized wave by the irradiator.

Цель достигается тем, что в двухзеркальную антенну, содержащую параболическое зеркало, плоское ребристое зеркало и облучатель, являющийся излучателем сферических электромагнитных волн с вертикальной поляризацией, причем параболическое зеркало выполнено в виде набора вертикальных металлических пластин, расстояние между которыми равно λ/8, укрепленных на параболоиде вращения из радиопрозрачного материала, а плоское ребристое в виде металлического листа с закрепленными на нем под углом 45^o к вертикали металлическими пластинами, высота которых равна λ/4, а расстояние между которыми лежит в пределах от λ/8 до λ/4, в двухзеркальную антенну дополнительно введено полусферическое зеркало, выполненное в виде набора горизонтальных металлических пластин, укрепленных одна от другой на расстоянии λ/8 на полусфере из радиопрозрачного материала и установленное над облучателем так, чтобы центр полусферы совпадал с фазовым центром облучателя.The goal is achieved in that in a two-mirror antenna containing a parabolic mirror, a flat ribbed mirror and an irradiator that emits spherical electromagnetic waves with vertical polarization, the parabolic mirror is made in the form of a set of vertical metal plates, the distance between which is equal to λ / 8, mounted on a paraboloid rotation of radiotransparent material and in the form of a flat ribbed metal sheet attached to it at an angle of 45 ^o to the vertical metal plates, the height which is equal to λ / 4, and the distance between which lies in the range from λ / 8 to λ / 4, a hemispherical mirror is additionally introduced into the two-mirror antenna, made in the form of a set of horizontal metal plates mounted one from another at a distance of λ / 8 on a hemisphere of radio-transparent material and mounted above the irradiator so that the center of the hemisphere coincides with the phase center of the irradiator.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями, являются:
полусферическое зеркало, выполненное в виде набора горизонтальных металлических пластин, укрепленных одна от другой на расстоянии λ/8 на полусфере из радиопрозрачного материала;
взаимное положение полусферического зеркала относительно составных частей двухзеркальной антенны;
ориентация металлических пластин полусферического зеркала относительно металлических пластин параболического зеркала и металлических пластин плоского ребристого зеркала.New features that have significant differences are:
a hemispherical mirror, made in the form of a set of horizontal metal plates, mounted one from another at a distance of λ / 8 on a hemisphere of radiolucent material;
the relative position of the hemispherical mirror relative to the components of a two-mirror antenna;
the orientation of the metal plates of a hemispherical mirror relative to the metal plates of a parabolic mirror and the metal plates of a flat ribbed mirror.

Применение всех новых признаков позволяет повысить радиолокационную маскировку бортовых антенн за счет того, что эффективная площадь рассеяния полусферы меньше, чем эффективная площадь рассеяния облучателя, представляющего собой слабонаправленную антенну, например рупорного типа. The use of all the new features makes it possible to increase the radar masking of airborne antennas due to the fact that the effective scattering area of the hemisphere is less than the effective dispersion area of the irradiator, which is a weakly directional antenna, for example, a horn type.

На фиг.1 изображена двухзеркальная антенна с уменьшенной эффективной поверхностью рассеяния, а на фиг.2 ход лучей, падающих на участок антенны, где находится закрытый под полусферическим зеркалом облучатель. Figure 1 shows a two-mirror antenna with a reduced effective scattering surface, and figure 2 shows the path of the rays incident on the portion of the antenna where the irradiator closed under a hemispherical mirror is located.

Двухзеркальная антенна с уменьшенной эффективной поверхностью рассеяния содержит параболическое зеркало 1, плоское ребристое зеркало 2, облучатель 3, причем параболическое зеркало 1 выполнено в виде набора вертикальных металлических пластин 4, укрепленных на параболоиде вращения 5 из радиопрозрачного материала, расстояние между пластинами равно λ/8, плоское ребристое зеркало 2, с прикрепленными к нему металлическими пластинами 7, высота которых равна четверти длины волны, а расстояние между соседними пластинами лежит в пределах от λ/8 до λ/4, пластины составляют с вертикалью угол 45^o, облучатель 3 является излучателем сферических волн и формирует линейно поляризованное поле вертикальной поляризации, полусферическое зеркало 8, выполненное в виде набора горизонтальных металлических пластин 9, укрепленных на полусфере 10 из радиопрозрачного материала, расстояние между пластинами равно λ/8,, установленное над облучателем 3 так, чтобы центр полусферы 10 совпадал с фазовым центром облучателя 3.A two-mirror antenna with a reduced effective scattering surface contains a parabolic mirror 1, a flat ribbed mirror 2, an irradiator 3, and the parabolic mirror 1 is made in the form of a set of vertical metal plates 4 mounted on a paraboloid of revolution 5 made of radiolucent material, the distance between the plates is λ / 8. a flat ribbed mirror 2, with metal plates 7 attached to it, whose height is equal to a quarter of the wavelength, and the distance between adjacent plates lies in the range from λ / 8 to λ / 4, the plates make an angle of 45 ^o with the vertical, the irradiator 3 is a radiator of spherical waves and forms a linearly polarized field of vertical polarization, a hemispherical mirror 8, made in the form of a set of horizontal metal plates 9 mounted on a hemisphere 10 of radiolucent material, the distance between the plates is λ / 8 ,, mounted above the irradiator 3 so that the center of the hemisphere 10 coincides with the phase center of the irradiator 3.

Параболическое зеркало 1, плоское ребристое зеркало 2 и облучатель 3 аналогичны прототипу. Parabolic mirror 1, a flat ribbed mirror 2 and an irradiator 3 are similar to the prototype.

Полусферическое зеркало 8 выполнено аналогично параболическому зеркалу - см.прототип за исключением того, что диэлектрическая основа представляет собой не параболоид вращения, а полусферу и имеет меньший размер. Hemispherical mirror 8 is made similar to a parabolic mirror - see prototype except that the dielectric base is not a paraboloid of revolution, but a hemisphere and has a smaller size.

Двухзеркальная антенна с уменьшенной эффективной поверхностью рассеяния работает следующим образом. A two-mirror antenna with a reduced effective scattering surface works as follows.

Электромагнитные волны (ЭМВ) вертикальной поляризации, падая на поверхность параболического зеркала 1, отражаются от него. Эффективная площадь рассеяния для волн вертикальной поляризации определяется радиусом параболического зеркала 1 σ_пз= πa $\binom{2}{пз}$ [3], где a_пз радиус параболического зеркала. ЭМВ горизонтальной поляризации проходят через параболическое зеркало 1 и падают на поверхность плоского ребристого зеркала 2, а также на полусферическое зеркало 8. Та часть ЭМВ, которая попала на плоское ребристое зеркало 2, отражается от него с поворотом плоскости поляризации на 90^o, становясь вертикально поляризованной, падает на внутреннюю поверхность параболического зеркала 1 и отражаясь от него фокусируется в раскрыве облучателя 3, свободно проходя через полусферическое сферическое зеркало 8 и далее распространяется в волноводном тракте. Та же часть ЭМВ, которая падает на полусферическое зеркало 8, отражается от него, так как проводники этого зеркала параллельны вектору Е падающей горизонтально поляризованной ЭМВ, свободно проходит через параболическое зеркало 1 и рассеивается в пространстве.Electromagnetic waves (EMW) of vertical polarization, incident on the surface of a parabolic mirror 1, are reflected from it. Radar cross-section for vertical polarization waves is determined by the radius of the parabolic mirror 1 σ _pz = πa $\binom{2}{pz}$ [3], where a _{pz is the} radius of a parabolic mirror. Horizontal polarized electromagnetic waves pass through a parabolic mirror 1 and fall on the surface of a flat ribbed mirror 2, as well as on a hemispherical mirror 8. That part of the electromagnetic wave that hit a flat ribbed mirror 2 is reflected from it with a 90 ^° rotation of the plane of polarization, becoming vertically polarized falls onto the inner surface of the parabolic mirror 1 and, being reflected from it, is focused in the aperture of the irradiator 3, freely passing through the hemispherical spherical mirror 8 and then propagates in the waveguide kT. The same part of the electromagnetic wave that falls on the hemispherical mirror 8 is reflected from it, since the conductors of this mirror are parallel to the vector E of the incident horizontally polarized electromagnetic wave, freely passes through the parabolic mirror 1 and is scattered in space.

При отсутствии полусферического зеркала 8 отражение происходило бы непосредственно от облучателя 3, несогласованного по поляризации с падающей на него ЭМВ. Эффективная площадь рассеяния такого облучателя всегда больше, чем полусферы 4. Пусть функции облучателя выполняет рупорная антенна. Тогда, если а радиус полусферического зеркала, накрывающего эту антенну, то площадь раскрыва квадратной рупорной антенны, вписанной в основание полусферического зеркала 8, равна S_об 2a². Известно, что ЭПР рупорной антенны равна

. Следовательно, отношение ЭПР полусферического зеркала к ЭПР облучателя

Даже если a = λ, выигрыш в уменьшении ЭПР будет равен

.In the absence of a hemispherical mirror 8, reflection would occur directly from the irradiator 3, which is inconsistent in polarization with the EMW incident on it. The effective scattering area of such an irradiator is always greater than the hemisphere 4. Let the horn antenna perform the irradiator functions. Then, if a is the radius of the hemispherical mirror covering this antenna, then the opening area of the square horn antenna inscribed in the base of the hemispherical mirror 8 is S _ob 2a ² . It is known that the EPR of a horn antenna is

. Therefore, the ratio of the EPR of the hemispherical mirror to the EPR of the irradiator

Even if a = λ, the gain in reducing the EPR will be equal to

.

Таким образом, установка полусферического зеркала 8 над облучателем 2 уменьшает ЭПР антенны в целом, а следовательно, повышает радиолокационную маскировку бортовых антенн. Thus, the installation of a hemispherical mirror 8 above the irradiator 2 reduces the EPR of the antenna as a whole, and therefore increases the radar masking of the airborne antennas.

Claims

A two-mirror antenna with a reduced effective scattering surface, containing a parabolic mirror, a flat ribbed mirror and an irradiator that emits spherical electromagnetic waves with vertical polarization, the parabolic mirror made in the form of a set of vertical metal plates, the distance between which is equal to λ / 8, where λ is the length of the electromagnetic waves mounted on a paraboloid of rotation of radiolucent material, and a flat ribbed in the form of a metal sheet with fixed on it At an angle of 45 ^o to the vertical with metal plates, the height of which is equal to l / 4, and the distance between them lies within λ / 8, characterized in that a hemispherical mirror is introduced, made in the form of a set of horizontal metal plates, mounted one from the other at a distance λ / 8 on a hemisphere of radiolucent material, and mounted above the irradiator so that the center of the hemisphere coincides with the phase center of the irradiator.