RU2291453C1 - Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials - Google Patents
Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2291453C1 RU2291453C1 RU2005107831/09A RU2005107831A RU2291453C1 RU 2291453 C1 RU2291453 C1 RU 2291453C1 RU 2005107831/09 A RU2005107831/09 A RU 2005107831/09A RU 2005107831 A RU2005107831 A RU 2005107831A RU 2291453 C1 RU2291453 C1 RU 2291453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controlled
- layered structure
- antenna
- reflector
- dielectric layer
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к антенной технике и радиолокации и может быть использовано для уменьшения радиолокационной заметности антенн за счет снижения их эффективной поверхности рассеяния (ЭПР).The invention relates to antenna technology and radar and can be used to reduce the radar visibility of antennas by reducing their effective scattering surface (EPR).
Известен способ уменьшения ЭПР апертурных антенн (Михайлов Г.Д., Сергеев В.И., Соломин Э.А., Воронов В.А. Методы и средства уменьшения радиолокационной заметности антенных систем. Зарубежная радиоэлектроника, 1994, №4-5, с.54-59), состоящий в том что перед антенной устанавливают экран в виде металлической поверхности в форме конуса с прорезанными щелями. Этот экран пропускает волну с частотой и поляризацией собственной РЛС и отражает как металл волны других частот и поляризаций. Недостатком способа и устройства его реализации является то, что ЭПР снижается только на других поляризациях и частотах, отличных от поляризации и частоты собственной РЛС. Несмотря на утверждение авторов, что при этом общая ЭПР может быть снижена на 30 дБ, очевидно, что даже при 100%-ном рассеянии сигнала ортогональных поляризаций в полосе рабочих частот собственной РЛС ЭПР антенны может быть снижена максимально на 3 дБ.A known method of reducing the EPR of aperture antennas (Mikhailov GD, Sergeev VI, Solomin EA, Voronov VA Methods and means of reducing the radar visibility of antenna systems. Foreign radio electronics, 1994, No. 4-5, s .54-59), consisting in the fact that in front of the antenna, a screen is installed in the form of a metal surface in the form of a cone with slotted slots. This screen transmits a wave with a frequency and polarization of its own radar and reflects like metal waves of other frequencies and polarizations. The disadvantage of the method and device for its implementation is that the EPR is reduced only at other polarizations and frequencies other than the polarization and frequency of the own radar. Despite the authors' assertion that the total ESR can be reduced by 30 dB, it is obvious that even with 100% scattering of the orthogonal polarization signal in the operating frequency band of the own radar, the ESR of the antenna can be reduced by a maximum of 3 dB.
Известен способ уменьшения ЭПР апертурных антенн (там же), состоящий в том, что под обтекателем антенны создают плазменный экран, по форме совпадающий с обтекателем. При электронной концентрации внутри обтекателя выше некоторой критической в определенной полосе частот ЭПР антенны может быть значительно снижена. Недостатком этого способа является то, что в рабочей полосе частот собственной РЛС ЭПР антенны не снижается. Недостатком устройства реализации этого способа является высокое электропотребление.A known method of reducing the EPR of aperture antennas (ibid.), Which consists in the fact that under the cowl antenna create a plasma screen in shape coinciding with the cowl. When the electron concentration inside the fairing is above a certain critical frequency band, the EPR of the antenna can be significantly reduced. The disadvantage of this method is that in the working frequency band of its own radar EPR antenna is not reduced. The disadvantage of the device implementing this method is the high power consumption.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ уменьшения ЭПР антенных систем (там же), состоящий в выполнении обтекателя или экрана, располагаемых перед антенной в виде управляемой слоистой среды, содержащей в произвольном порядке чередуемые между собой неуправляемые и управляемые слои, а также проводящий экран. Неуправляемые слои - это слои однородных диэлектриков или двумерно-периодические решетки проводящих элементов (полосок или стержней). Управляемые слои - это двумерно-периодические решетки проводящих элементов (полосок или стержней), в разрывы которых включены управляемые элементы - полупроводниковые диоды, сегнетокерамические конденсаторы, нелинейные емкости или нелинейные индуктивности. Управляемые слои могут быть выполнены также в виде ультрафиолетовых пленок, полупроводниковых пленок и резистивных неуправляемых пленок. В последнем случае управляемый слой является просто некоторой неуправляемой нагрузкой. Принцип действия управляемых слоистых сред, реализующих данный способ ЭПР антенных систем, состоит в том, что в периоды излучения и приема импульсов слоистая среда находится в режиме пропускания сигнала, которая обеспечивается при одном уровне управляющего воздействия (тока или напряжения) на управляемые элементы. При другом уровне управляющего воздействия управляемая слоистая среда в период времени, не совпадающий с периодами излучения и приема импульса, переключается в состояние отражения сигнала. При этом отраженный сигнал рассеивается и ЭПР антенной системы в полосе рабочих частот и в пределах главного лепестка диаграммы направленности снижается примерно в Q (скважность) раз.The closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a method of reducing the EPR of antenna systems (ibid.), Consisting in the design of a fairing or screen located in front of the antenna in the form of a controlled layered medium containing randomly alternating uncontrolled and controlled layers, as well as a conductive screen. Uncontrollable layers are layers of homogeneous dielectrics or two-dimensionally periodic lattices of conductive elements (strips or rods). Controlled layers are two-dimensionally periodic lattices of conductive elements (strips or rods), in the breaks of which are included controlled elements - semiconductor diodes, ferro-ceramic capacitors, nonlinear capacitances or nonlinear inductances. The controlled layers can also be made in the form of ultraviolet films, semiconductor films and resistive uncontrolled films. In the latter case, the managed layer is simply some unmanaged load. The principle of operation of controlled layered media that implement this method of EPR antenna systems is that during periods of emission and reception of pulses the layered medium is in the transmission mode of the signal, which is provided at the same level of control action (current or voltage) on the controlled elements. At a different level of control action, the controlled layered medium at a time period that does not coincide with the periods of emission and reception of the pulse switches to the reflection state of the signal. In this case, the reflected signal is also scattered by the EPR of the antenna system in the operating frequency band and decreases approximately Q (duty cycle) times within the main lobe of the radiation pattern.
Недостатком этого способа является то, что ЭПР в отдельные промежутки времени снижаются только в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенны. Ширина главного лепестка для апертурных антенн составляет доли или несколько градусов. Вне этого лепестка ЭПР антенны не снижается. Кроме того, в рабочие промежутки времени ЭПР не снижается принципиально.The disadvantage of this method is that the EPR at separate time intervals is reduced only within the main lobe of the antenna pattern. The width of the main lobe for aperture antennas is fractions or several degrees. Outside this lobe, the EPR of the antenna does not decrease. In addition, at working intervals, the EPR does not decrease fundamentally.
Известно устройство уменьшения ЭПР антенн, реализующее данный способ (Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. М.: "Радио и связь", 1996, с.114-120; Управляемая структура для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенн. Заявка на изобретение №3147646 от 22.07.86. Авт. св-во №265523 от 01.12.87).A device for reducing the EPR of antennas is known that implements this method (A. Golovkov. Complex electronic devices. M: Radio and communication, 1996, p. 114-120; Controlled structure to reduce the effective antenna scattering surface. Application for invention No. 3147646 dated July 22, 86. Autos-certificate No. 266523 dated December 1, 87).
Это устройство выполнено в виде управляемой структуры для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенн, отличающейся от предыдущего устройства тем, что квадратная управляемая решетка и металлические решетки совмещены в одной плоскости, действительная составляющая иммитанса каждого полупроводникового элемента выбрана отрицательной, уровни управляющих низкочастотных сигналов выбраны из условия обеспечения усиливающих или генерирующих режимов работы, период "а" квадратной управляемой решетки, ширина d ее полосок и ширина δ ее разрывов выбраны соответственно равными 0,2/λ≤а≤0,6λ; 0,4а≤d≤0,9а; 0,05а≤δ≤0,9а, период am металлической решетки и ширина h ее проводящих полосок выбраны равными соответственно аm=; 10-4λ≤h≤10-2λ, толщина d1 диэлектрических слоев и показатель преломления n их материала выбраны равными d1=0,25λ/n и 1,1≤n≤5,5, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона длин волн.This device is made in the form of a controlled structure to reduce the effective antenna scattering surface, which differs from the previous device in that the square controlled grating and metal gratings are aligned in one plane, the real component of the immittance of each semiconductor element is selected negative, the levels of control low-frequency signals are selected from the conditions for providing amplifying or generating operating modes, period "a" of the square controlled grating, width d of its strips and width δ of it discontinuities are selected, respectively, equal to 0.2 / λ≤a≤0.6λ; 0.4a≤d≤0.9a; 0.05a≤δ≤0.9a, the period a m of the metal lattice and the width h of its conductive strips are chosen equal to, respectively, and m = ; 10 -4 λ≤h≤10 -2 λ, the thickness d 1 of the dielectric layers and the refractive index n of their material are chosen equal to d 1 = 0.25λ / n and 1.1≤n≤5.5, where λ is the average wavelength operating wavelength range.
Недостатки этого устройства повторяют недостатки способа, который оно реализует. Главный из них состоит в том, что ЭПР антенны в рабочие промежутки времени и в угловом секторе, не совпадающем с главным лепестком диаграммы направленности, не может быть снижена.The disadvantages of this device repeat the disadvantages of the method that it implements. The main one is that the EPR of the antenna can not be reduced at working intervals and in the angular sector that does not coincide with the main lobe of the radiation pattern.
Известно устройство, реализующее этот способ и выполненное в виде управляемой структуры для уменьшения ЭПР антенны, содержащей трехслойную среду в виде двух одинаковых диэлектрических слоев из материала с показателем преломления 1,1≤n≤45,5 и расположенного между ними управляемого слоя и генератор управляющих сигналов, причем управляемый слой выполнен в виде фотополупроводниковой пленки, каждый диэлектрический слой выполнен из оптически прозрачного материала с толщиной, равной (0,15...0,5)λ, где λ - средняя длина волны рабочего диапазона, причем диэлектрические слои и управляемый слой расположены концентрически, а в точке, равноудаленной от внутренней поверхности трехслойной среды, установлена лампа накачки оптического диапазона, подключенная к генератору управляющих сигналов (Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. М.: "Радио и связь", 1996, с.114-120; Управляемая структура для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны. Заявка на изобретение №3186037 от 08.12.87. Авт. св-во №294454 от 01.06.89).A device is known that implements this method and is made in the form of a controlled structure for reducing the EPR of an antenna containing a three-layer medium in the form of two identical dielectric layers of material with a refractive index of 1.1≤n≤45.5 and a controlled layer located between them and a control signal generator moreover, the controlled layer is made in the form of a semiconductor film, each dielectric layer is made of optically transparent material with a thickness equal to (0.15 ... 0.5) λ, where λ is the average wavelength of the operating range, at than the dielectric layers and the controlled layer are arranged concentrically, and at the point equidistant from the inner surface of the three-layer medium, an optical range pump lamp is installed that is connected to the control signal generator (A. Golovkov. Complex electronic devices. M .: Radio and communication, 1996, p.114-120; Controlled structure to reduce the effective scattering surface of the antenna. Application for invention No. 3186037 from 08.12.87. Auth. certificate No. 294454 of June 1, 89).
Недостатки этого устройства повторяют недостатки способа, который оно реализует. Главным недостатком прототипа, как и предыдущих аналогов, является отсутствие возможности уменьшения ЭПР антенны в рабочие промежутки времени и в угловом секторе, не совпадающем с главным лепестком диаграммы направленности.The disadvantages of this device repeat the disadvantages of the method that it implements. The main disadvantage of the prototype, as well as previous analogues, is the inability to reduce the EPR of the antenna at working intervals and in the angular sector that does not coincide with the main lobe of the radiation pattern.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является устройство уменьшения ЭПР антенн, реализующее указанный способ (Головков А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. М.: "Радио и связь", 1996, с.114-120; Устройство для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны. Заявка на изобретение №3085315 от 19.03.84. Авт. св-во №213006 от 28.12.84).Of the known devices, the closest in technical essence and the achieved result (prototype) is a device for reducing the EPR of antennas that implements the specified method (A. Golovkov. Integrated electronic devices. M: "Radio and communication", 1996, p. 114-120; Device for reducing the effective scattering surface of the antenna. Application for invention No. 3085315 of 03/19/84. Authors certificate No. 213006 of 12/28/84).
Это устройство для уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенны выполнено в виде плоскослоистой структуры, состоящей из прилегающих друг к другу первой металлической квадратной решетки, первого диэлектрического слоя, управляемой решетки проводящих полосок или стержней, в разрывы которых включены сегнетокерамические конденсаторы или p-i-n диоды, второго диэлектрического слоя и второй металлической решетки, идентичных соответственно первому диэлектрическому слою и первой решетке, при этом одна система параллельных полосок, образующих каждую решетку, изолирована по низкой частоте от другой системы параллельных полосок, перпендикулярной первой, а системы параллельных полосок, образующих решетки, повернуты на 45 градусов относительно полосок управляемой решетки, точки пересечения которых попеременно соединены проводниками, перпендикулярными плоскости слоев, с одной из систем параллельных полосок второй решетки, подключенных поочередно к разным клеммам генератора управляющих сигналов, соединенного с выходом системы автоматического сопровождения по дальности, причем толщины диэлектрических слоев равны половине длины рабочей волны РЛС, а проводимость В решеток, индуктивное сопротивление Х0 полосок решеток и емкостное сопротивление Xш разрывов управляемой решетки определяются из соотношений, полученных из условий обеспечения максимального коэффициента отражения в одном из состояний конденсаторов или диодов, определяемых уровнем управляющего напряжения, и минимального затухания сигнала в другом состоянии управляемых элементов.This device for reducing the effective antenna scattering surface is made in the form of a flat-layered structure consisting of a first metal square lattice adjacent to each other, a first dielectric layer, a controlled lattice of conductive strips or rods, in the gaps of which are ferroceramic capacitors or pin diodes, a second dielectric layer and the second metal lattice, respectively identical to the first dielectric layer and the first lattice, with one system of parallel strips, ar each lattice is isolated at a low frequency from another system of parallel strips perpendicular to the first, and the system of parallel strips forming the lattice is rotated 45 degrees relative to the strips of the controlled lattice, the intersection points of which are alternately connected by conductors perpendicular to the plane of the layers, with one of the parallel systems strips of the second lattice, connected alternately to different terminals of the control signal generator, connected to the output of the automatic range tracking system , Wherein the thickness of the dielectric layers equal to half the working wavelength of the radar, and the conductivity in the gratings, the inductive reactance X 0 strips gratings and the capacitive reactance X w discontinuities controlled lattice are determined from the ratios obtained from the conditions to maximize the reflectance in one of the states of capacitors or diodes, determined by the level of control voltage, and the minimum signal attenuation in another state of the controlled elements.
Недостатки этого устройства повторяют недостатки способа, который оно реализует. Главным недостатком прототипа, как и предыдущих аналогов, является отсутствие возможности уменьшения ЭПР антенны в рабочие промежутки времени и в угловом секторе, не совпадающем с главным лепестком диаграммы направленности.The disadvantages of this device repeat the disadvantages of the method that it implements. The main disadvantage of the prototype, as well as previous analogues, is the inability to reduce the EPR of the antenna at working intervals and in the angular sector that does not coincide with the main lobe of the radiation pattern.
Техническим результатом изобретения является уменьшение уровня ЭПР антенной системы в рабочие промежутки времени и в секторе углов, не совпадающем с главным лепестком диаграммы направленности, при сохранении уровня уменьшения ЭПР антенны в нерабочие промежутки времени и в пределах главного лепестка диаграммы направленности.The technical result of the invention is to reduce the ESR level of the antenna system at working time intervals and in the angle sector that does not coincide with the main lobe of the radiation pattern, while maintaining the level of reduction of the EPR antenna at non-working time intervals and within the main lobe of the radiation pattern.
Указанный результат достигается тем, что в способе уменьшения ЭПР антенн, основанном на использовании первой управляемой слоистой структуры в виде экрана или обтекателя, установлении экрана или обтекателя перед антенной, переключении первой управляемой слоистой структуры из состояния пропускания в моменты времени излучения и приема импульсов в состояние отражения в моменты времени, не совпадающие с моментами времени излучения и приема импульсов, на рефлекторы антенн конформно с их поверхностью дополнительно случайным образом располагают независимые друг от друга участки второй управляемой слоистой структуры, размерами не менее чем 5λ×5λ, которые изменяют фазу отраженного сигнала таким образом, что в направлении боковых лепестков отраженные от этих участков сигналы складываются не в фазе, а в пределах главного лепестка сохраняется параболический закон изменения фазы коэффициента отражения рефлектора, λ - длина волны.This result is achieved by the fact that in the method of reducing the EPR of antennas based on the use of the first controlled layered structure in the form of a screen or fairing, the installation of a screen or fairing in front of the antenna, the switching of the first controlled layered structure from the transmission state at the time of emission and reception of pulses to the reflection state at time points that do not coincide with the time points of emission and reception of pulses, antenna reflectors conformally with their surface are additionally randomly arranged with their surface they generate independent sections of the second controlled layered structure, no less than 5λ × 5λ in size, which change the phase of the reflected signal in such a way that the signals reflected from these sections in the direction of the side lobes are not in phase, but a parabolic law is preserved within the main lobe changes in the phase of the reflectivity of the reflector, λ is the wavelength.
Указанный результат достигается тем, что в устройстве уменьшения ЭПР антенн, выполненном в виде обтекателя или экрана, устанавливаемого перед антенной, причем обтекатель или экран выполнен на основе первой управляемой слоистой структуры, состоящей из прилегающих друг к другу первой металлической квадратной решетки, первого диэлектрического слоя, управляемой двумерно-периодической решетки проводящих полосок или стержней, в разрывы которых включены сегнетокерамические конденсаторы или p-i-n диоды, второго диэлектрического слоя и второй металлической решетки, идентичных соответственно первому диэлектрическому слою и первой решетке, причем одна система параллельных полосок. образующих каждую решетку, изолирована по низкой частоте от другой системы параллельных полосок, перпендикулярной первой, а системы параллельных полосок, образующих решетки, повернуты на 45 градусов относительно полосок управляемой решетки, точки пересечения которых попеременно соединены проводниками, перпендикулярными плоскости слоев, с одной из систем параллельных полосок второй решетки, подключенных поочередно к разным клеммам генератора управляющих сигналов, соединенного с выходом системы автоматического сопровождения по дальности, причем толщины диэлектрических слоев равны половине длины рабочей волны РЛС, а проводимость В решеток, индуктивное сопротивление Xo полосок и емкостное сопротивление Хш разрывов управляемой решетки определены с помощью соотношений, полученных из условий обеспечения максимального коэффициента отражения в одном из состояний конденсаторов или диодов, определяемых уровнями управляющего напряжения, и минимального затухания сигнала в другом состоянии управляемых элементов, на рефлектор антенны конформно с его поверхностью случайным образом расположены независимые друг от друга участки второй управляемой слоистой структуры размерами не менее чем 5λ×5λ, каждые из которых выполнены из последовательно перечисляемых со стороны рефлектора первого диэлектрического слоя с толщиной d1 и показателем преломления n1, управляемого слоя в виде резистивной пленки, второго диэлектрического слоя с толщиной d2 и показателем преломления n2 и двумерно-периодической решетки проводящих полосок или стержней с реактивной проводимостью Вр, при этом толщина второго диэлектрического слоя и проводимость двумерно-периодической решетки выбраны с помощью выражений:This result is achieved in that in the device for reducing the EPR of the antennas, made in the form of a fairing or screen mounted in front of the antenna, and the fairing or screen is made on the basis of the first controlled layered structure, consisting of adjacent to each other the first metal square lattice, the first dielectric layer, controlled two-dimensional periodic lattice of conductive strips or rods, in the breaks of which are included ferroceramic capacitors or pin diodes, the second dielectric layer and the second etallicheskoy lattice, respectively identical to the first dielectric layer and the first grating, and a system of parallel strips. forming each lattice, is isolated at a low frequency from another system of parallel strips perpendicular to the first, and the system of parallel strips forming the lattice is rotated 45 degrees relative to the strips of the controlled lattice, the intersection points of which are alternately connected by conductors perpendicular to the plane of the layers, with one of the parallel systems strips of the second lattice, connected alternately to different terminals of the control signal generator, connected to the output of the automatic tracking system along b, and the thickness of the dielectric layers is equal to half the working wavelength of the radar, and the conductivity B of the gratings, the inductive resistance X o of the strips and the capacitance X w of the gaps of the controlled grating are determined using the relations obtained from the conditions for ensuring the maximum reflection coefficient in one of the states of capacitors or diodes determined by the levels of control voltage and the minimum signal attenuation in a different state of the controlled elements, the antenna reflector conformally with its surface is random m manner arranged independent from each other by portions of the second controllable layered structure with dimensions not less than 5λ × 5λ, each of which is made of successively transferred by the reflector of the first dielectric layer with a thickness d 1 and index of refraction n 1, controlled layer as a resistive film, a second dielectric layer with a thickness of d 2 and a refractive index of n 2 and a two-dimensionally periodic lattice of conductive strips or rods with reactive conductivity B p , while the thickness of the second dielectric c loya and conductivity of a two-dimensional periodic lattice are selected using the expressions:
где M=AD+(2+B)(1-C); where M = AD + (2 + B) (1-C);
n=1, 2..., N; N - число независимых участков второй управляемой слоистой структуры; φn - заданные фазы коэффициентов отражения n-ого участка второй управляемой слоистой структуры; g0, b0 - действительная и мнимая части проводимости свободного пространства; gyn, byn - действительная и мнимая части проводимости управляемых слоев в виде резистивных пленок n-ого участка второй управляемой слоистой структуры, определяемых толщиной пленки; параметры d1, n1, n2, выбраны произвольно. n = 1, 2 ..., N; N is the number of independent sections of the second controlled layered structure; φ n - the specified phase of the reflection coefficients of the n-th section of the second controlled layered structure; g 0 , b 0 - real and imaginary parts of the conductivity of free space; g yn , b yn are the real and imaginary parts of the conductivity of the controlled layers in the form of resistive films of the nth portion of the second controlled layered structure, determined by the film thickness; parameters d 1 , n 1 , n 2 , are chosen arbitrarily.
На фиг.1 показано устройство реализации способа уменьшения ЭПР антенн (прототипа).Figure 1 shows a device for implementing a method of reducing the EPR of antennas (prototype).
На фиг.2 представлена управляемая слоистая структура, используемая в устройстве реализации способа-прототипа.Figure 2 presents the controlled layered structure used in the device for implementing the prototype method.
На фиг.3 изображен пример выполнения двумерно-периодической решетки, используемой в управляемой слоистой структуре, реализующей способ-прототип.Figure 3 shows an example of a two-dimensional periodic lattice used in a controlled layered structure that implements the prototype method.
На фиг.4 представлена система реализации предлагаемого способа уменьшения ЭПР антенн.Figure 4 presents the implementation system of the proposed method for reducing the EPR of antennas.
На фиг.5 показана структура слоистой среды, располагаемая на рефлекторе антенны.Figure 5 shows the structure of the layered medium located on the antenna reflector.
Устройство для уменьшения эффективной поверхности рассеяния (фиг.1) антенны 1 выполнено в виде плоскослоистой структуры 2, состоящей (фиг.2) из прилегающих друг к другу первой металлической квадратной решетки 3, первого диэлектрического слоя 4, управляемой решетки 5 проводящих полосок или стержней 6, в разрывы которых включены сегнетокерамические конденсаторы или p-i-n диоды 7, второго диэлектрического слоя 8 и второй металлической решетки (фиг.3), идентичных соответственно первому диэлектрическому слою 4 и первой решетке 3, при этом одна система параллельных полосок 3.1 (9.1), образующих каждую решетку, изолирована по низкой частоте от другой системы параллельных полосок 3.2 (9.2), перпендикулярной первой, а системы параллельных полосок, образующих решетки, повернуты на 45 градусов относительно полосок управляемой решетки, точки пересечения которых попеременно соединены проводниками 10, перпендикулярными плоскости слоев, с одной из систем, параллельных полосе, второй решетки, подключенных поочередно к разным клеммам генератора управляющих сигналов 11, соединенного с выходом системы автоматического сопровождения по дальности 12, причем толщины диэлектрических слоев равны половине длины рабочей волны РЛС, а проводимость В решеток, индуктивное сопротивление Х0 полосок решеток и емкостное сопротивление Хш разрывов управляемой решетки определяются из соотношений, полученных из условий обеспечения максимального коэффициента отражения в одном из состояний конденсаторов или диодов, определяемых уровнем управляющего напряжения, и минимального затухания сигнала в другом состоянии управляемых элементов.A device for reducing the effective scattering surface (Fig. 1) of the
В моменты излучения и приема импульсов, определяемых системой автоматического сопровождения по дальности, слоистая среда переключается в состояние прозрачности, а в другие моменты времени, не совпадающие с моментами излучения и приема импульсов, слоистая среда переключается в состояние отражения. При этом в нерабочие промежутки времени в рабочей полосе частот и в пределах главного лепестка диаграммы направленности ЭПР уменьшается примерно в Q раз.At the moments of emission and reception of pulses determined by the automatic tracking system in range, the layered medium switches to a state of transparency, and at other moments of time that do not coincide with the moments of emission and reception of pulses, the layered medium switches to a state of reflection. Moreover, during non-working time intervals in the working frequency band and within the main lobe of the radiation pattern, the EPR decreases by about Q times.
Устройство реализации предлагаемого способа (фиг.4) отличается от устройства реализации способа прототипа (фиг.1) тем, что дополнительно на рефлекторе случайным образом расположены независимые участки слоистой среды (фиг.5) размерами не менее 5λ×5λ, параметры которых выбраны таким образом, что сохраняется параболический закон изменения фазы коэффициента отражения рефлектора. Каждый участок (фиг.5) содержит проводящий экран (поверхность рефлектора) 10, прилегающий к нему первый диэлектрический слой 11 с показателем преломления n1 и толщиной d1, управляемый слой 12 в виде резистивной пленки с заданной комплексной проводимостью, второй диэлектрический слой 13 с показателем преломления n2 и толщиной d2 и двумерно-периодическую решетку 14 проводящих элементов. Благодаря этому боковые лепестки диаграммы направленности антенны, т.е. ее ЭПР за пределами главного лепестка, будут снижены примерно на 13 дБ как в рабочие промежутки времени, так и вне этих промежутков в широкой полосе частот, поскольку в направлении боковых лепестков отраженные от этих участков слоистой среды сигналы складываются не в фазе. При этом функция уменьшения ЭПР примерно в Q раз в пределах главного лепестка диаграммы направленности вне рабочие промежутки времени и на рабочей полосе частот сохраняется, поскольку в направлении главного лепестка отраженные от участков слоистой среды сигналы складываются в фазе в силу сохранения параболического закона изменения фазы по поверхности рефлектора.The device for implementing the proposed method (Fig. 4) differs from the device for implementing the prototype method (Fig. 1) in that additionally independent sections of a layered medium (Fig. 5) with dimensions of at least 5λ × 5λ, the parameters of which are selected in this way, are randomly arranged on the reflector that the parabolic law of the phase change of the reflectance of the reflector is preserved. Each section (figure 5) contains a conductive screen (reflector surface) 10, an adjacent first
Покажем возможность выполнения этих условий. Разделим произвольным образом схему n-го участка слоистой среды, размещаемого на рефлекторе, на управляемую и неуправляемую части. К управляемой части относится управляемый элемент (слой) и часть неуправляемых элементов (слоев). К неуправляемой части или фазовому устройству (ФУ) относятся только неуправляемые элементы. Представим эквивалентную схему слоистой среды в виде двухполюсника, состоящего из четырехполюсника, нагруженного на проводимость управляемой части. При этом четырехполюсник - это эквивалентная схема ФУ.We show the possibility of fulfilling these conditions. We randomly divide the scheme of the nth portion of the layered medium placed on the reflector into the controlled and uncontrolled parts. The managed part includes a managed element (layer) and a part of unmanaged elements (layers). An uncontrolled part or a phase device (FC) includes only uncontrolled elements. Imagine an equivalent circuit of a layered medium in the form of a two-terminal network consisting of a four-terminal network loaded on the conductivity of the controlled part. At the same time, the four-terminal network is the equivalent circuit of the FC.
Пусть фазовое устройство непосредственно подключено к источнику сигнала. Проводимости источника сигнала y0=g0+j·b0 и управляемого слоя в виде резистивной пленки в состояниях yyn=gyn+j·byn на фиксированной частоте и в n-ом состоянии, определяемом уровнем управляющего воздействия, известны.Let the phase device be directly connected to the signal source. The conductivity of the signal source y 0 = g 0 + j · b 0 and the controlled layer in the form of a resistive film in the states y yn = g yn + j · b yn at a fixed frequency and in the nth state determined by the level of control action are known.
Требуется определить структуру ФУ, минимальное количество слоев и значения их параметров, при которых в двух состояниях управляемого слоя на заданной частоте обеспечивались бы требуемые значения фаз коэффициентов отражения:It is required to determine the structure of the FE, the minimum number of layers and the values of their parameters, at which the required values of the reflection coefficient phases would be provided in two states of the controlled layer at a given frequency:
где - коэффициент отражения участка слоистой среды; φn - значения фаз коэффициентов отражения в n-ом состоянии.Where - reflection coefficient of the layered medium; φ n - phase values of reflection coefficients in the n-th state.
Пусть ФУ характеризуется волновой матрицей передачи:Let FU is characterized by a wave transmission matrix:
где - нормированные относительно d элементы волновой матрицы ФУ (Фельдштейн А.Л., Явич Л.Р. Синтез четырехполюсников и восьмиполюсников / Связь. М. - 1971, с.30-40). Определим входное сопротивление двухполюсника и используя известное выражение для коэффициента отражения двухполюсника (Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ / Высшая школа. М. - 1988, с.98) получим выражения для коэффициентов отражения:Where - elements of the FU wave matrix normalized with respect to d (Feldstein A.L., Yavich L.R. Synthesis of four-terminal and eight-terminal networks / Communication. M. - 1971, p.30-40). We determine the input resistance of the two-terminal network and using the well-known expression for the reflection coefficient of the two-terminal network (Sazonov D.M. Antennas and microwave devices / Higher school. M. - 1988, p. 98) we obtain the expression for the reflection coefficients:
Подставим (3) в (1) и после разделения между собой действительных и мнимых частей получим систему двух уравнений:We substitute (3) into (1) and after separating the real and imaginary parts from each other, we obtain a system of two equations:
решение которой имеет вид:the solution of which is:
где: A1,2= where: A 1,2 =
Следовательно, n-ый участок слоистой среды с заданной фазой φn отраженного сигнала на фиксированной частоте должен содержать в соответствии с количеством уравнений (5) не менее 2 элементов (слоев). При этом два слоя должны быть отнесены к неуправляемой части, то есть к ФУ, а остальные неуправляемые слои - к управляемой части. Параметры первых двух слоев определяются аналитически из решения системы системы (5). Параметры остальных неуправляемых слоев выбираются произвольно.Therefore, the nth section of the layered medium with a given phase φ n of the reflected signal at a fixed frequency must contain at least 2 elements (layers) in accordance with the number of equations (5). In this case, two layers should be assigned to the uncontrolled part, that is, to FU, and the remaining uncontrollable layers to the managed part. The parameters of the first two layers are determined analytically from the solution of the system system (5). The parameters of the remaining unmanaged layers are selected arbitrarily.
В соответствии с описанным алгоритмом получены выражения для определения толщины второго диэлектрического слоя и проводимости решетки структуры участка слоистой структуры, показанного на фиг.5:In accordance with the described algorithm, expressions are obtained for determining the thickness of the second dielectric layer and the conductivity of the lattice structure of the section of the layered structure shown in FIG. 5:
где Where
n=1, 2,..., N; N - число независимых участков второй управляемой слоистой структуры; φn - заданные фазы коэффициентов отражения n-ого участка второй управляемой слоистой структуры; g0, b0 - действительная и мнимая части проводимости свободного пространства; gyn, byn - действительная и мнимая части проводимости управляемых слоев в виде резистивных пленок n-ого участка второй управляемой слоистой структуры, определяемых толщиной пленки; параметры d1, n1, n2 выбраны произвольно. n = 1, 2, ..., N; N is the number of independent sections of the second controlled layered structure; φ n - the specified phase of the reflection coefficients of the n-th section of the second controlled layered structure; g 0 , b 0 - real and imaginary parts of the conductivity of free space; g yn , b yn are the real and imaginary parts of the conductivity of the controlled layers in the form of resistive films of the nth portion of the second controlled layered structure, determined by the film thickness; the parameters d 1 , n 1 , n 2 are chosen arbitrarily.
Численные расчеты в системе Mathcad показали, что фаза коэффициента отражения отдельного участка слоистой среды при изменении толщины резистивного слоя, что эквивалентно изменению действительной и мнимой частей его проводимости, изменяется в пределах φn=0°-360° в зависимости от значений gyn, byn, что является достаточным для сохранения параболического закона изменения фазы отраженного от рефлектора с участками слоистой среды сигнала в пределах главного лепестка. Необходимо отметить, что случай b0=-0 является вырожденным - модуль коэффициента отражения достигает значение, равное 1, только при случае φn=180°. Этот случай эквивалентен отражению от металла с высокой проводимостью. Случай b0≠0 соответствует повышенной влажности или наличию осадков.Numerical calculations in the Mathcad system showed that the phase of the reflection coefficient of an individual section of the layered medium with a change in the thickness of the resistive layer, which is equivalent to a change in the real and imaginary parts of its conductivity, varies within φ n = 0 ° -360 ° depending on the values of g yn , b yn , which is sufficient to maintain the parabolic law of the phase change reflected from the reflector with sections of the layered medium of the signal within the main lobe. It should be noted that the case b 0 = -0 is degenerate - the modulus of the reflection coefficient reaches a value of 1 only if φ n = 180 °. This case is equivalent to reflection from a metal with high conductivity. Case b 0 ≠ 0 corresponds to increased humidity or rainfall.
Таким образом, полученные результаты могут быть использованы для практического проектирования участков слоистых сред, размещаемых на поверхности рефлектора, в интересах обеспечения снижения уровня боковых лепестков антенны в широкой полосе частот, что приводит к дополнительному снижению ЭПР антенны не только в нерабочие промежутки времени, но и в рабочие, при сохранении уровня снижения ЭПР антенны в пределах ее главного лепестка.Thus, the results can be used for the practical design of sections of layered media placed on the surface of the reflector, in the interest of ensuring a decrease in the level of the side lobes of the antenna in a wide frequency band, which leads to an additional decrease in the ESR of the antenna not only during non-working periods, but also in workers, while maintaining the level of reduction of the EPR of the antenna within its main lobe.
Технико-экономическая эффективность способа и устройства его реализации заключается в возможности обеспечения снижения уровня боковых лепестков антенны в широкой полосе частот, что приводит к дополнительному снижению ЭПР антенны не только в нерабочие промежутки времени, но и в рабочие, при сохранении уровня снижения ЭПР антенны в пределах ее главного лепестка.The technical and economic efficiency of the method and device for its implementation consists in the possibility of reducing the level of the side lobes of the antenna in a wide frequency band, which leads to an additional reduction in the EPR of the antenna not only during non-working periods of time, but also in working ones, while maintaining the level of reduction of the EPR of the antenna within its main petal.
Предлагаемое техническое решение - способ является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ уменьшения эффективной поверхности рассеяния антенн, который обеспечивает снижение уровня боковых лепестков антенны в широкой полосе частот, что приводит к дополнительному снижению ЭПР антенны не только в нерабочие промежутки времени, но и в рабочие, при сохранении уровня снижения ЭПР антенны в пределах ее главного лепестка.The proposed technical solution - the method is new, because from publicly available information there is no known way to reduce the effective antenna scattering surface, which reduces the level of the side lobes of the antenna in a wide frequency band, which leads to an additional decrease in the ESR of the antenna not only during non-working periods, but also in workers, while maintaining the level of reduction of the EPR of the antenna within its main lobe.
Предлагаемое устройство реализации этого способа является новым, поскольку из общедоступных сведений не известно устройство, состоящее из обтекателя антенны, выполненного из слоистой среды, переключаемой из состояния прозрачности в рабочие промежутки времени в состояние отражения в нерабочие промежутки времени, и участков другой слоистой среды, размещенных случайным образом на рефлекторе антенны и сохраняющих параболический закон изменения фазы коэффициента отражения рефлектора.The proposed device for implementing this method is new, because from publicly available information, a device consisting of a radome made of a layered medium switched from a transparency state to working periods of time to a reflection state during non-working periods of time, and sections of another layered medium placed randomly image on the antenna reflector and preserving the parabolic law of the phase change of the reflection coefficient of the reflector.
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций - выполнение обтекателя антенны из слоистой среды, переключаемой из состояния прозрачности в рабочие промежутки времени в состояние отражения в нерабочие промежутки времени, размещение участков другой слоистой среды случайным образом на рефлекторе антенны, выбор параметров этой слоистой среды из условия сохранения параболического закона изменения фазы коэффициента отражения рефлектора, приводит к обеспечению снижения уровня боковых лепестков антенны в широкой полосе частот, что ведет к дополнительному снижению ЭПР антенны не только в нерабочие промежутки времени, но и в рабочие, при сохранении уровня снижения ЭПР антенны в пределах ее главного лепестка.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from the published scientific data and the known technical solutions that the claimed sequence of operations is the implementation of an antenna cone from a layered medium switched from a transparency state to working time intervals to a reflection state during non-working time periods, placement sections of another layered medium randomly on the antenna reflector, the choice of the parameters of this layered medium from the condition of conservation of parabolic The law of changing the phase of the reflectance of the reflector leads to a decrease in the level of the side lobes of the antenna in a wide frequency band, which leads to an additional decrease in the EPR of the antenna not only during non-working periods of time, but also in working ones, while maintaining the level of decrease in the EPR of the antenna within its main petal.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы известные диэлектрические материалы, резистивные пленки из графита различной толщины, двумерно-периодические решетки проводящих элементов различной конфигурации, в том числе с включением управляемых элементов в разрывы этих решеток, параметры которых однозначно определяются полученными математическими выражениями, приведенными в формуле изобретения.The proposed technical solution is industrially applicable, since known dielectric materials, resistive graphite films of various thicknesses, two-dimensional-periodic lattices of conductive elements of various configurations, including the inclusion of controlled elements in the breaks of these lattices, the parameters of which are uniquely determined, can be used for its implementation obtained mathematical expressions given in the claims.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107831/09A RU2291453C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005107831/09A RU2291453C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005107831A RU2005107831A (en) | 2006-09-10 |
RU2291453C1 true RU2291453C1 (en) | 2007-01-10 |
Family
ID=37112185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005107831/09A RU2291453C1 (en) | 2005-03-21 | 2005-03-21 | Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2291453C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725514C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Beam pattern and reflecting surface antenna system control device |
-
2005
- 2005-03-21 RU RU2005107831/09A patent/RU2291453C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
МИХАЙЛОВ Г.Д. и др. Методы и средства уменьшения радиолокационной заметности антенных систем. - Зарубежная радиоэлектроника, 1994, №4-5, с.54-59. ГОЛОВКОВ А.А. Комплексированные радиоэлектронные устройства. - М.: Радио и связь, 1996, с.114-120. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2725514C1 (en) * | 2019-11-07 | 2020-07-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный технический университет" | Beam pattern and reflecting surface antenna system control device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005107831A (en) | 2006-09-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
McCalmont et al. | A layer‐by‐layer metallic photonic band‐gap structure | |
EP2019447B1 (en) | Electromagnetic screen | |
Falcone et al. | Babinet principle applied to the design of metasurfaces and metamaterials | |
Misran et al. | Design optimisation of ring elements for broadband reflectarray antennas | |
Cory et al. | Wave propagation in metamaterial multi‐layered structures | |
Iluz et al. | Microstrip antenna phased array with electromagnetic bandgap substrate | |
CN1914766B (en) | Tunable arrangements | |
CN108470973A (en) | Broadband RCS based on gap load reduces super surface | |
CN2870195Y (en) | Frequency selection device | |
CN104103877A (en) | Impedance frequency select surface | |
Hamid et al. | Thin multilayer frequency selective surface absorber with wide absorption response | |
CN113078475A (en) | Reconfigurable multifunctional super surface with electromagnetic wave full-space regulation and control capability | |
CN111555037B (en) | Time domain switch regulation and control frequency selection surface with polarization selection characteristic | |
Russo et al. | Tunable pass-band FSS for beam steering applications | |
RU2291453C1 (en) | Method and device for reduction of effective surface of dissipation of aerials | |
Hamid et al. | Design and oblique incidence performance of a planar radome absorber | |
EP2375496A1 (en) | Absorber for electromagnetic radiation | |
Idrees et al. | A novel miniaturized frequency selective surface for EMI shielding applications | |
Abraray et al. | Analytical and numerical modeling of reconfigurable reflecting metasurfaces with capacitive memory | |
CN111129779A (en) | Graphene-based tunable terahertz super surface and circuit | |
RU2271058C1 (en) | Absorbing coating | |
CN115149270A (en) | Broadband programmable amplitude-phase combined coding super surface | |
Yang et al. | Liquid crystal based miniaturized tunable FSS design | |
RU2304329C1 (en) | Arrangement for reducing effective scattering surface of antennas | |
CN108493619A (en) | A kind of multi purpose space wave beam compiler based on plasma Meta Materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070322 |