RU2278453C1 - Radar antenna of reduced effective dissipation area - Google Patents
Radar antenna of reduced effective dissipation area Download PDFInfo
- Publication number
- RU2278453C1 RU2278453C1 RU2004134241/09A RU2004134241A RU2278453C1 RU 2278453 C1 RU2278453 C1 RU 2278453C1 RU 2004134241/09 A RU2004134241/09 A RU 2004134241/09A RU 2004134241 A RU2004134241 A RU 2004134241A RU 2278453 C1 RU2278453 C1 RU 2278453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- emitters
- band
- operating
- frequency band
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Details Of Aerials (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано при проектировании антенных устройств с уменьшенной эффективной площадью рассеяния (ЭПР).The invention relates to radio engineering, namely to antenna technology, and can be used in the design of antenna devices with a reduced effective scattering area (EPR).
Одними из основных элементов конструкции современных самолетов, вносящих существенный, до 30% и более, вклад в их ЭПР в секторах передней полусферы, являются антенны бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). Из всех антенн БРЭО наибольший вклад в ЭПР самолета вносит носовой антенный отсек с антенной бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Для снижения заметности антенн БРЭО принимаются всевозможные меры, в том числе и замена зеркальных параболических антенн на активные фазированные антенные решетки (АФАР) /1/. За счет этого решается проблема снижения уровней отражений от элементов оборудования, расположенных за раскрывом антенны. Кроме того, приемно-излучающие модули АФАР могут устанавливаться на малоотражающем основании (плоскости), где в отличие от волноводно-щелевых ФАР уровни их ЭПР в основном определяются отражением от излучающих элементов модулей. Однако в настоящее время задачу создания малозаметных антенн нельзя считать полностью решенной, поэтому особую ценность приобретают оригинальные технические решения, позволяющие приблизиться к ее решению.One of the main structural elements of modern aircraft, making a significant, up to 30% or more, contribution to their EPR in the sectors of the front hemisphere, are antennas of avionics (avionics). Of all the avionics, the largest contribution to the EPR of the aircraft is made by the bow antenna compartment with the antenna of the airborne radar station. Various measures are taken to reduce the visibility of avionics avionics, including the replacement of reflector parabolic antennas with active phased antenna arrays (AFAR) / 1 /. Due to this, the problem of reducing the levels of reflections from equipment elements located behind the antenna opening is solved. In addition, the receiving-emitting AFAR modules can be installed on a low-reflecting base (plane), where, in contrast to the waveguide-slotted PARs, their EPR levels are mainly determined by reflection from the radiating elements of the modules. However, at present, the task of creating subtle antennas cannot be considered completely solved; therefore, original technical solutions, which make it possible to approach its solution, are of particular value.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является антенна с уменьшенной поверхностью обратного рассеивания 1 (фиг.1) /2/, содержащая минимум один излучатель 2, работающий в заданной полосе рабочих частот, размещенные перед излучателем в одной плоскости устройства частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение. Очевидно, что основным недостатком такой антенны является ее "заметность" в полосе рабочих частот, когда антенна переотражает в обратном направлении часть энергии, приходящей от внешнего источника излучений.The closest technical solution to the proposed one is an antenna with a reduced backscatter surface 1 (Fig. 1) / 2 /, containing at least one
Цель работы - уменьшение эффективной площади рассеяния антенны в полосе ее рабочих частот.The purpose of the work is to reduce the effective antenna scattering area in the band of its working frequencies.
Данная цель достигается тем, что в известном устройстве антенны с уменьшенной поверхностью обратного рассеивания 1 (фиг.2), содержащей минимум два излучателя 2, работающих в заданной полосе рабочих частот, размещенных перед излучателями в одной плоскости устройств частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение, первую половину всех излучателей пространственно разносят относительно второй половины излучателей вдоль направления излучения на одинаковое расстояние h, равное нечетному числу четверти средней рабочей длины волны λ, при этом поперечные размеры излучателей соизмеримы со средней рабочей длиной волны.This goal is achieved by the fact that in the known device of the antenna with a reduced backscatter surface 1 (Fig. 2), containing at least two
Поясним данное техническое решение. Будем рассматривать раскрыв известной антенны с излучателями как плоскую проводящую поверхность с размерами, превышающими рабочую длину волны. Такая синфазная поверхность имеет максимумом диаграммы обратного отражения, совпадающий с нормалью к плоскости /3/. Из теории проектирования антенн и устройств СВЧ /4/ известно, что в качестве излучателей ФАР обычно используются вибраторы, диэлектрические стержневые, спиральные и щелевые излучатели и др., поперечные размеры которых, в зависимости от типа излучателя, находятся в пределах от 0,4λ, до 1,2λ, т.е. соизмеримы с рабочей длиной волны. С учетом направленных свойств излучателей устанавливаются предельные расстояния между ними в решетке. При этом руководствуются тем, чтобы синфазное сложение полей отдельных излучателей происходило в пределах главного дифракционного максимума (диаграммы направленности), а остальные дифракционные максимумы высших порядков отсутствовали. Для выполнения этого условия, например, расстояние между излучателями может составлять не более 0,58λ...0,68λ. Таким образом, за элементарный отражающий участок раскрыва антенны можно приблизительно принять плоскую проводящую пластину в пределах геометрических размеров одного излучателя, соизмеримых с рабочей длиной волны. На фиг.3 приведены диаграммы обратного отражения плоских проводящих квадратных пластин с длиной ребра, соизмеримой с длиной волны /5/. Форма диаграмм показывает, что при таких волновых размерах отдельный излучатель можно рассматривать как самостоятельный квазиизотропный отражатель.Let us explain this technical solution. We will consider the disclosure of the known antenna with emitters as a flat conductive surface with dimensions exceeding the working wavelength. Such a common-mode surface has a maximum back reflection pattern, which coincides with the normal to the plane / 3 /. From the theory of designing antennas and microwave devices / 4 / it is known that vibrators, dielectric rod, helical and slot emitters, etc., whose transverse dimensions, depending on the type of emitter, are in the range of 0.4λ, are usually used as headlight emitters up to 1.2λ, i.e. commensurate with the working wavelength. Taking into account the directed properties of the emitters, the limiting distances between them in the grating are established. In this case, they are guided by the fact that the common-mode addition of the fields of individual emitters occurs within the main diffraction maximum (radiation pattern), and the remaining diffraction maxima of the higher orders are absent. To fulfill this condition, for example, the distance between the emitters can be no more than 0.58λ ... 0.68λ. Thus, for the elementary reflecting portion of the antenna aperture, you can approximately take a flat conductive plate within the geometrical dimensions of one emitter, commensurate with the working wavelength. Figure 3 shows the diagrams of the back reflection of flat conductive square plates with a rib length comparable with the wavelength / 5 /. The shape of the diagrams shows that for such wave sizes, an individual emitter can be considered as an independent quasi-isotropic reflector.
Для обеспечения условия равенства амплитуд волн, отраженных от поверхностей излучателей первой и второй половины общего числа излучателей необходимо соблюсти равенство их площадейTo ensure the condition of equality of the amplitudes of the waves reflected from the surfaces of the emitters of the first and second half of the total number of emitters, it is necessary to observe the equality of their areas
независимо от формы и способа их размещения, где S1 и S2 суммарная площадь поверхности соответственно первой и второй половины общего числа излучателей (фиг.4). Пространственное смещение их друг относительно друга на нечетное число четвертей длины волны обеспечивает противофазность волн, отраженных от поверхностей одинаковых по площади излучателей. При данном расстоянии между поверхностями излучателей происходит сложение отраженных волн в противофазе. Иначе говоря, гашение падающей волны происходит при сдвиге ее фазы φ на π,regardless of the shape and method of their placement, where S 1 and S 2 the total surface area, respectively, of the first and second half of the total number of emitters (figure 4). Their spatial displacement relative to each other by an odd number of quarters of the wavelength ensures the antiphase of waves reflected from surfaces of emitters of the same area. At a given distance between the surfaces of the emitters, the addition of reflected waves in antiphase occurs. In other words, the quenching of the incident wave occurs when its phase φ is shifted by π,
т.е. при сдвиге на расстояние h, равное нечетному числу четвертей длины волныthose. when shifted by a distance h equal to an odd number of quarters of wavelength
где n=0, 1, 2, 3,....where n = 0, 1, 2, 3, ....
Для того чтобы смещение половины числа излучателей на расстояние согласно (3) не ухудшило при электронном сканировании процесс управления амплитудно-фазовым распределением, на поверхности раскрыва антенны в фазовращателях каждого смещенного излучателя необходимо предусмотреть конструктивно внесенное изменение фазы согласно (2). Очевидно, что в некоторых случаях проще пространственно смещать не отдельные излучатели, а одинаковые по числу группы излучателей, так называемые подрешетки /4/, но при этом также необходимо соблюдать условие (1).In order for the offset of half the number of emitters by a distance according to (3) not to worsen the electronic-phase distribution control process during electronic scanning, it is necessary to provide a structurally introduced phase change according to (2) on the aperture surface of the antenna in the phase shifters of each biased emitter. Obviously, in some cases it is easier to spatially shift not individual emitters, but the same number of emitter groups, the so-called sublattices / 4 /, but it is also necessary to observe condition (1).
Радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния работает следующим образом. На раскрыв антенны падает плоский фронт электромагнитной волны. Устройства частотной селекции с заданными полосовыми характеристиками пропускают электромагнитное излучение в полосе рабочих частот антенны, а за пределами этой полосы отражают излучение в разные стороны, исключая обратные переотражения в сторону источника излучения. Электромагнитное излучение в полосе рабочих частот антенны, пройдя устройства селекции, отражается от первой половины излучателей, пространственно разнесенных относительно второй половины излучателей, вдоль направления излучения на одинаковое расстояние, равное нечетному числу четверти средней рабочей длины волны. Равенство числа первых и вторых излучателей как по числу, так и по площади поверхности обеспечивает равенство амплитуд отраженных волн, а сдвиг на расстояние, равное нечетному числу четверти средней рабочей длины волны, приводит к сложению этих волн в противофазе. Таким образом исключаются переотражения электромагнитной волны от антенны в направлении нормали к ее раскрыву.A radar antenna with a reduced effective scattering area works as follows. A flat front of an electromagnetic wave falls on the antenna opening. Frequency selection devices with predetermined band-pass characteristics transmit electromagnetic radiation in the operating frequency band of the antenna, and outside this band they reflect radiation in different directions, excluding reverse re-reflections to the side of the radiation source. Electromagnetic radiation in the operating frequency band of the antenna, passing the selection device, is reflected from the first half of the emitters spatially spaced relative to the second half of the emitters along the radiation direction at the same distance equal to an odd number of a quarter of the average working wavelength. The equality of the number of the first and second emitters both in number and in surface area ensures equal amplitudes of the reflected waves, and a shift by a distance equal to an odd number of a quarter of the average working wavelength leads to the addition of these waves in antiphase. Thus, re-reflections of the electromagnetic wave from the antenna in the direction of the normal to its opening are excluded.
Существо предлагаемого технического решения поясняется фигурами 1-7, на которых представлена радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, а также результаты экспериментальных исследований ее модели в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса 2 ЦНИИ МО РФ /6/.The essence of the proposed technical solution is illustrated by figures 1-7, which shows a radar antenna with a reduced effective scattering area, as well as the results of experimental studies of its model in the conditions of the Standard
На фиг.1 приведена схема известной радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния.Figure 1 shows a diagram of a known radar antenna with a reduced effective scattering area.
На фиг.2 - схема предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния.Figure 2 - diagram of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area.
На фиг.3 приведены нормированные диаграммы обратного отражения плоских проводящих квадратных пластин с длиной ребра, 0,75λ, 1,0λ и 1,3λ.Figure 3 shows the normalized back-reflection diagrams of flat conductive square plates with rib lengths of 0.75λ, 1.0λ and 1.3λ.
На фиг.4 приведены варианты структуры размещения излучателей первой и второй половины общего их числа на поверхности раскрыва антенны.Figure 4 shows the options for the structure of the emitters of the first and second half of their total number on the aperture surface of the antenna.
На фиг.5 - внешний вид модели известной антенны: плоская металлическая пластина размерами 1,25λ×25λ, все 20 излучателей (2) лежат в одной плоскости.Figure 5 - appearance of the model of the known antenna: a flat metal plate with dimensions of 1.25λ × 25λ, all 20 emitters (2) lie in the same plane.
На фиг.6 - внешний вид модели предлагаемой антенны: металлическая пластина размерами 1,25λ×25λ, с 20 излучателями (2): первые 10 смещены относительно вторых 10 на одинаковое расстояние - 0.25 λ.Figure 6 - appearance of the model of the proposed antenna: a metal plate with dimensions of 1.25λ × 25λ, with 20 emitters (2): the first 10 are offset from the second 10 by the same distance - 0.25 λ.
На фиг.7 слева приведены диаграммы обратного отражения модели известной (k) и предлагаемой (f) антенны на длине волны λ=3,2 см для горизонтальной (m) и вертикальной (q) поляризации радиоизлучения, а также соответствующие им гистограммы ЭПР (верхняя часть фиг.7m, q) и функции распределения значений ЭПР (нижняя часть фиг.7m, q) в секторе углов наблюдения 0±5°.Figure 7 on the left shows the back reflection diagrams of the known (k) and proposed (f) antennas at a wavelength of λ = 3.2 cm for horizontal (m) and vertical (q) polarization of radio emission, as well as their corresponding EPR histograms (upper part of Fig. 7m, q) and the distribution function of the EPR values (lower part of Fig. 7m, q) in the sector of
Анализ результатов позволяет сделать вывод о том (Акт испытаний...), что предлагаемая радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния по сравнению с известной антенной-прототипом имеет меньшие значения ЭПР (по уровню вероятности 0,5) в секторе локации 0±5° относительно нормали к раскрыву антенны на 8,1 дБ и 11,8 дБ соответственно для горизонтальной и вертикальной поляризации радиоизлучения.An analysis of the results allows us to conclude (Test Report ...) that the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area compared to the known prototype antenna has lower EPR values (by probability level 0.5) in the
Реализация заявляемой антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы, могут быть предусмотрены и другие варианты его осуществления, не выходящие за рамки изобретения.Implementation of the inventive antenna with a reduced effective scattering area is not difficult. Obviously, the invention is not limited to the foregoing example of its implementation. Based on its scheme, other options for its implementation may be provided, without going beyond the scope of the invention.
Устройство целесообразно использовать в организациях, занимающихся проектированием антенных радиолокационных систем.The device is advisable to use in organizations involved in the design of antenna radar systems.
Источники информацииInformation sources
1. Зарубежное военное образование. №11 (680), Москва, 2003.1. Foreign military education. No. 11 (680), Moscow, 2003.
2. Радиолокационная антенна с уменьшенной поверхностью обратного рассеяния. Заявка ФРГ №3642072. МКИ: G 01 S 7/38, H 01 Q 15/14, публикация 23.06.1988 г., №25 (прототип).2. A radar antenna with a reduced backscatter surface. The application of Germany No. 3642072. MKI: G 01 S 7/38, H 01
3. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. М.: Сов. радио. 1975. С.211.3. Kobak V.O. Radar reflectors. M .: Sov. radio. 1975.P.211.
4. Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток), под редакцией Д.И. Воскресенского. М.: Радио и связь. 1981.4. Microwave antennas and devices (phased array antenna design), edited by D.I. Voskresensky. M .: Radio and communication. 1981.
5. Ruck G.T., Barrick D.E., Stuart W.D., Krichbaum C.K. Radar cross section handbook. V.1-2, N.Y. London, «Plenum Press», 1970, p.525.5. Ruck G.T., Barrick D.E., Stuart W. D., Krichbaum C.K. Radar cross section handbook. V.1-2, N.Y. London, Plenum Press, 1970, p. 525.
6. Сумин А.С. и др. Контрольная для «невидимок». АВИА-панорама. №6. 1997. С.30.6. Sumin A.S. and others. Control for "invisible". AVIA panorama. No. 6. 1997. S. 30.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004134241/09A RU2278453C1 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Radar antenna of reduced effective dissipation area |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004134241/09A RU2278453C1 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Radar antenna of reduced effective dissipation area |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004134241A RU2004134241A (en) | 2006-05-10 |
| RU2278453C1 true RU2278453C1 (en) | 2006-06-20 |
Family
ID=36656564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004134241/09A RU2278453C1 (en) | 2004-11-24 | 2004-11-24 | Radar antenna of reduced effective dissipation area |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2278453C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449435C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Flat array of diffraction radiation antennas and power divider used in it |
| RU2520373C2 (en) * | 2008-12-05 | 2014-06-27 | Таль | Shared source antenna and method of making shared source antenna for generating multiple beams |
| RU2742629C1 (en) * | 2020-06-10 | 2021-02-09 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of establishing optimum value of equivalent isotropically radiated power of spacecraft transmitting system on low circular orbit for communication with retransmitter in high-altitude circular orbit |
-
2004
- 2004-11-24 RU RU2004134241/09A patent/RU2278453C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2520373C2 (en) * | 2008-12-05 | 2014-06-27 | Таль | Shared source antenna and method of making shared source antenna for generating multiple beams |
| RU2449435C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого | Flat array of diffraction radiation antennas and power divider used in it |
| RU2742629C1 (en) * | 2020-06-10 | 2021-02-09 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method of establishing optimum value of equivalent isotropically radiated power of spacecraft transmitting system on low circular orbit for communication with retransmitter in high-altitude circular orbit |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004134241A (en) | 2006-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7034753B1 (en) | Multi-band wide-angle scan phased array antenna with novel grating lobe suppression | |
| Huang et al. | Tri-band frequency selective surface with circular ring elements | |
| US2423648A (en) | Antenna | |
| US3448455A (en) | Armoured structure antenna | |
| US4918458A (en) | Secondary radar transponder | |
| CA2915707C (en) | Augmented e-plane taper techniques in variable inclination continuous transverse stub antenna arrays | |
| CN109037956B (en) | Radar stealth super-surface system with beam convergence function and radar | |
| US11843183B2 (en) | Multi-band antenna structure | |
| JP4159140B2 (en) | Wide bandwidth antenna array | |
| CN108682968B (en) | Single-feed three-beam low-RCS super-surface included angle reflector antenna | |
| AU2014332522B2 (en) | Low profile high efficiency multi-band reflector antennas | |
| RU2319261C1 (en) | Radar antenna having reduced effective-dissipation area | |
| US3273144A (en) | Narrow beam antenna system | |
| RU2278453C1 (en) | Radar antenna of reduced effective dissipation area | |
| JP6362512B2 (en) | Reflect array antenna | |
| CN108281795B (en) | Frequency selection surface type curved surface medium and Cassegrain antenna system | |
| US3202997A (en) | Scanning corner array antenna | |
| CN110429376A (en) | Antenna element, aerial array and antenna | |
| US9966647B1 (en) | Optically defined antenna | |
| Veruttipong et al. | Design considerations for beamwaveguide in the NASA deep space network | |
| CN115249899A (en) | Multiband antenna | |
| RU2526741C1 (en) | Radar antenna with reduced scattering cross-section | |
| CN107069214B (en) | Slot waveguide leaky-wave antenna based on stop band design technology | |
| Dubrovka et al. | Ultrawideband tapered slot, waveguide and dipole antenna arrays | |
| US20080030417A1 (en) | Antenna Apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061125 |