RU2459323C1 - Radome wall - Google Patents
Radome wall Download PDFInfo
- Publication number
- RU2459323C1 RU2459323C1 RU2011117353/07A RU2011117353A RU2459323C1 RU 2459323 C1 RU2459323 C1 RU 2459323C1 RU 2011117353/07 A RU2011117353/07 A RU 2011117353/07A RU 2011117353 A RU2011117353 A RU 2011117353A RU 2459323 C1 RU2459323 C1 RU 2459323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wires
- lattice
- wall
- period
- grating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании объектов, использующих радиопрозрачные укрытия (РПУ) - стенок антенных обтекателей и радиопрозрачных укрытий антенн с тонкими относительно рабочей длины волны (λ0) диэлектрическими слоями. Особенно эффективным может быть использование данного изобретения для радиотехнического просветления стенок РПУ, предназначенных для работы в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн.The invention relates to radio engineering and can be used to create objects using radiotransparent shelters (RPU) - walls of antenna radomes and radiotransparent shelters of antennas with dielectric layers thin relative to the working wavelength (λ 0 ). Particularly effective may be the use of this invention for radio-technical enlightenment of the walls of the RPU, designed to work in the decimeter and long wavelengths of the centimeter wavelength ranges.
Для создания РПУ объектов, работающих в дециметровом и длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн, используют стенку, состоящую из тонких относительно длины волны (λ0) диэлектрических слоев. Такая стенка обладает емкостным характером отражения, уровень которого может быть не достаточно низким, чтобы обеспечить нужные радиотехнические характеристики системы «укрываемый объект - РПУ». Известно, что такую стенку можно просветлить с помощью решетки индуктивного типа (из проводов), т.е. обеспечить компенсацию волны, отраженной от тонких диэлектрических слоев стенки. В результате, в некотором диапазоне частот можно снизить уровень отражения падающей электромагнитной волны.To create RPU objects operating in the decimeter and long wavelengths of the centimeter wavelength range, use a wall consisting of dielectric layers thin relative to the wavelength (λ 0 ). Such a wall has a capacitive character of reflection, the level of which may not be low enough to provide the necessary radio technical characteristics of the system “shelter object - RPU”. It is known that such a wall can be clarified using an inductive type grating (from wires), i.e. provide compensation for waves reflected from thin dielectric layers of the wall. As a result, in a certain frequency range, the reflection level of the incident electromagnetic wave can be reduced.
Известно, что для обеспечения защиты РПУ от обледенения, статического электричества (молниезащита), а также для обеспечения освещения используется решетка из проводов, индуктивная проводимость которой частично компенсируется емкостной проводимостью решетки из вибраторов (патент US 2007252775 (A1) "Radome with detuned elements and continuous wires", опубликован 2007.11.01). Внесение дополнительных элементов с емкостным характером отражения может оказаться малоэффективным и привести к сужению диапазона частот и сектора углов падения волны, в котором стенка укрытия обладает низким уровнем отражения.It is known that to protect the RPU from icing, static electricity (lightning protection), and also to provide lighting, a wire grating is used, the inductive conductivity of which is partially compensated by the capacitive conductivity of the vibrator grating (US patent 2007252775 (A1) "Radome with detuned elements and continuous wires ", published 2007.11.01). The introduction of additional elements with a capacitive nature of the reflection can be ineffective and lead to a narrowing of the frequency range and the sector of the angle of incidence of the wave, in which the shelter wall has a low level of reflection.
Известна стенка РПУ для антенных обтекателей и защитных укрытий антенн прицельных станций и систем сопровождения целей (патент РФ №2168816. "Радиопрозрачная стенка обтекателя", опубликован 10.06.2001), состоящая из диэлектрических слоев и металлических элементов в виде решеток с индуктивной проводимостью, выполненных из набора периодически расположенных металлических проводов. Указанная стенка может быть использована для создания РПУ изделий (антенн), работающих в миллиметровом диапазоне и коротковолновой части сантиметрового диапазона длин волн.Known RPU wall for antenna fairings and protective shelters of antennas of aiming stations and target tracking systems (RF patent No. 2168816. “Radiolucent wall of the fairing”, published June 10, 2001), consisting of dielectric layers and metal elements in the form of gratings with inductive conductivity made of a set of periodically arranged metal wires. The specified wall can be used to create RPU products (antennas) operating in the millimeter range and the shortwave part of the centimeter range of wavelengths.
В случае использования подобных стенок для создания РПУ объектов, работающих в дециметровом диапазоне или в длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн, недостатком является то, что потребуется или стенка с неприемлемо большой толщиной, или толщина провода в решетке должна быть неприемлемо малой.In the case of using such walls to create RPU objects operating in the decimeter range or in the long wavelength part of the centimeter wavelength range, the drawback is that either a wall with an unacceptably large thickness or a wire thickness in the grating should be unacceptably small.
Наиболее близкой к предлагаемой стенке является стенка РПУ - обтекателя, защищающего СВЧ датчики в автомобиле, описанная в патенте №ЕР 2151889 ("Radome for radar sensor in a motor vehicle", опубликован 2010.02.01), включающая как минимум слой диэлектрика, толщина которого кратна λ0/2, со слоем лакокрасочного покрытия, который может рассматриваться как тонкий диэлектрический слой по отношению к λ0, а также решетку индуктивного типа, состоящую из набора периодически расположенных прямых или волнистых металлических проводов. Провода в решетке расположены параллельно вектору напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны. Решетка в указанном изобретении служит для компенсации влияния лакокрасочного покрытия на радиотехнические качества стенки обтекателя для СВЧ датчиков, то есть для снижения уровня отражения обтекателя. Так как СВЧ датчики в автомобилях, как указано в патенте, работают в миллиметровом диапазоне длин волн, такой способ компенсации может быть эффективным. В случае необходимости компенсации отражения падающей волны от тонких диэлектрических слоев в дециметровом диапазоне и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн для изготовления указанной стенки необходимо применять решетку с очень тонкими проводами, выполнение которой связано с технологическими трудностями.Closest to the proposed wall is the wall of the RPU - a cowl that protects microwave sensors in a car, described in patent No. EP 2151889 ("Radome for radar sensor in a motor vehicle", published 2010.02.01), including at least a dielectric layer, the thickness of which is multiple λ 0/2, with a layer of paint, which can be considered as a thin dielectric layer with respect to λ 0 and an inductive type array consisting of a set of periodically spaced lines or a wavy metal wires. The wires in the grating are parallel to the electric field vector of the incident electromagnetic wave. The lattice in this invention serves to compensate for the effect of the paintwork on the radio-technical qualities of the fairing wall for microwave sensors, that is, to reduce the reflection level of the fairing. Since microwave sensors in cars, as indicated in the patent, operate in the millimeter wavelength range, this method of compensation can be effective. If it is necessary to compensate for the reflection of the incident wave from thin dielectric layers in the decimeter range and in the long wavelength part of the centimeter wavelength range, it is necessary to use a lattice with very thin wires to manufacture this wall, which is associated with technological difficulties.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания радиопрозрачных укрытий со стенками, состоящими из тонких по отношению к λ0 диэлектрических слоев, для объектов, работающих в дециметровом диапазоне и длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн.The present invention solves the problem of creating radiotransparent shelters with walls consisting of dielectric layers thin with respect to λ 0 for objects operating in the decimeter range and the long-wavelength part of the centimeter wavelength range.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение радиотехнических характеристик стенки РПУ, а именно - уменьшение коэффициента отражения без использования в решетке, входящей в состав этой стенки, проводов с микроскопической толщиной.The technical result of the invention is to improve the radio characteristics of the RPU wall, namely, to reduce the reflection coefficient without using wires with a microscopic thickness in the lattice that is part of this wall.
Сущность изобретения заключается в том, что в стенке радиопрозрачного укрытия, включающей тонкие по отношению к λ0 диэлектрические слои и решетку индуктивного типа, состоящую из набора параллельно расположенных в периодическом порядке металлических проводов, установленных параллельно вектору напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны, решетка выполнена из набора проводов с периодическими искривлениями вдоль длины провода, увеличивающими длину провода не менее чем в два раза, при этом период искривлений меньше не менее чем в три раза периода решетки, а период решетки меньше половины минимальной рабочей длины волны (λmin/2).The essence of the invention lies in the fact that in the wall of a radiotransparent shelter, including dielectric layers thin with respect to λ 0 and an inductive type grating, consisting of a set of metal wires parallel to each other arranged in a periodic order, installed parallel to the electric field vector of the incident electromagnetic wave, the grating is made of a set of wires with periodic curvatures along the length of the wire, increasing the length of the wire by at least two times, while the period of curvature is less e not less than three times the lattice period, and the lattice period is less than half the minimum working wavelength (λ min / 2).
Кроме того, сущность изобретения заключается в том, что набор проводов в решетке представляет собой систему, выполненную по крайней мере из двух взаимно перпендикулярных наборов параллельно расположенных проводов с периодическими искривлениями без электрического контакта между этими наборами.In addition, the invention lies in the fact that the set of wires in the lattice is a system made of at least two mutually perpendicular sets of parallel wires with periodic bends without electrical contact between these sets.
Кроме того, сущность изобретения заключается в том, что решетка выполнена из набора проводов с периодическими искривлениями в виде меандра.In addition, the essence of the invention lies in the fact that the lattice is made of a set of wires with periodic curvatures in the form of a meander.
Кроме того, сущность изобретения заключается в том, что решетка выполнена из набора проводов с периодическими искривлениями в виде соленоида.In addition, the invention lies in the fact that the lattice is made of a set of wires with periodic curvatures in the form of a solenoid.
Кроме того, сущность изобретения заключается в том, решетка установлена перед, за или между диэлектрическими слоями.In addition, the essence of the invention lies in the fact that the grating is installed in front of, behind or between the dielectric layers.
Как известно, для расчетов радиотехнических характеристик стенки с помощью эквивалентных схем диэлектрический слой с решеткой можно представить схемой, в которой действие решетки учитывается реактивным сопротивлением Zq, шунтирующим ступенчатую линию передачи. Величину Zq (или величину входной проводимости решетки) в конечном итоге можно выразить через индуктивность решетки L, зависящей от параметров решетки, слоя, параметров и структуры проводов.As is known, to calculate the radio-technical characteristics of a wall using equivalent circuits, the dielectric layer with a grating can be represented by a circuit in which the action of the grating is taken into account by the reactance Z q shunting the stepped transmission line. The value of Z q (or the value of the input conductivity of the lattice) can ultimately be expressed in terms of the inductance of the lattice L, which depends on the parameters of the lattice, layer, parameters and structure of the wires.
Использование решетки из проводов, искривленных вдоль их длины, с периодом искривления меньшим не менее чем в три раза периода решетки, причем искривления должны увеличивать длину провода не менее чем в два раза, а период решетки должен быть меньше λmin/2, позволяет дополнительно увеличить индуктивность решетки без использования в ней проводов с микроскопической толщиной и без увеличения периода решетки. В результате, с увеличением индуктивности решетки можно достичь более глубокой компенсации отражений от диэлектрических слоев, т.е. уменьшить коэффициент отражения стенки РПУ.The use of a lattice of wires bent along their length with a curvature period of at least three times the lattice period, and the curvature should increase the length of the wire by at least two times, and the lattice period should be less than λ min / 2, allows you to further increase the inductance of the grating without using wires with a microscopic thickness in it and without increasing the period of the grating. As a result, with an increase in the inductance of the grating, a deeper compensation of reflections from dielectric layers can be achieved, i.e. reduce the reflection coefficient of the wall of the RPU.
Выполнение искривлений проводов с периодом искривления меньшим не менее чем в три раза периода решетки позволит получить дополнительную индуктивность решетки с достаточно большими значениями. Выполнение искривлений проводов с периодом искривлений равным или большим, чем период решетки не позволит получить дополнительную индуктивность, существенно увеличивающую индуктивность решетки, так как дополнительная индуктивность складывается из удельных индуктивностей каждого искривления на длине одного периода решетки.Performing curvature of wires with a curvature period of at least three times the lattice period will allow you to get additional lattice inductance with sufficiently large values. Performing curvature of wires with a curvature period equal to or greater than the lattice period will not allow obtaining an additional inductance that significantly increases the inductance of the lattice, since the additional inductance is the sum of the specific inductances of each curvature along the length of one lattice period.
Искривления проводов решетки, увеличивающие длину проводов менее чем в два раза, не позволят получить дополнительную индуктивность, существенно увеличивающую индуктивность решетки, так как электродинамическое влияние проводов друг с другом приводит к тому, что при малых искривлениях удельная индуктивность каждого искривления имеет очень малые значения.Curvature of the grating wires, increasing the length of the wires by less than two times, will not allow to obtain additional inductance, which significantly increases the inductance of the grating, since the electrodynamic effect of the wires with each other leads to the fact that, at small curvatures, the specific inductance of each curvature has very small values.
Выполнение решетки с периодом больше λmin/2 приведет к появлению гармоник Флоке в рассеянном поле решетки, которые ухудшат радиотехнические свойства стенки РПУ, что проявляется в сильном искажении диаграммы направленности системы «укрываемый объект - РПУ». Кроме того, решетки, выполненные с периодом, близким к λmin/2, обладают индуктивностью, сильно зависящей от угла падения электромагнитной волны, что приводит к увеличению коэффициента отражения от стенки РПУ при наклонном падении электромагнитной волны.The implementation of the lattice with a period greater than λ min / 2 will lead to the appearance of Floquet harmonics in the scattered field of the lattice, which will degrade the radio technical properties of the RPU wall, which is manifested in a strong distortion of the radiation pattern of the “covered object - RPU” system. In addition, gratings made with a period close to λ min / 2 have an inductance that strongly depends on the angle of incidence of the electromagnetic wave, which leads to an increase in the reflection coefficient from the RPU wall with an inclined incidence of the electromagnetic wave.
Использование искривлений проводов в виде меандра позволяет получать существенные значения дополнительной индуктивности, необходимой для обеспечения снижения коэффициента отражения решетки, при этом решетка может быть изготовлена печатным образом.The use of curved wires in the form of a meander allows you to obtain significant values of the additional inductance necessary to ensure a decrease in the reflection coefficient of the lattice, while the lattice can be printed.
Использование искривлений проводов в виде соленоида позволяет получать очень большие значения дополнительной индуктивности в решетке, при этом элементы решетки будут обладать малыми размерами в направлении, перпендикулярном вектору напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны.The use of wire bends in the form of a solenoid allows one to obtain very large values of the additional inductance in the grating, while the grating elements will have small dimensions in the direction perpendicular to the electric field vector of the incident electromagnetic wave.
Выполнение набора проводов в решетке по крайней мере из двух взаимно перпендикулярных наборов параллельно расположенных проводов с периодическими искривлениями без электрического контакта между этими наборами позволит получить решетку с радиотехническими свойствами, не зависящими от поляризации падающей электромагнитной волны, при этом избавиться от паразитных резонансов, которые наблюдаются при наличии электрического контакта между этими системами при наклонном падении на решетку параллельно поляризованной электромагнитной волны, что резко ухудшает радиотехнические свойства стенки РПУ.The implementation of a set of wires in the array of at least two mutually perpendicular sets of parallel-mounted wires with periodic curvature without electrical contact between these sets will allow you to get a lattice with radio engineering properties that are not dependent on the polarization of the incident electromagnetic wave, while eliminating spurious resonances that are observed when the presence of electrical contact between these systems with an oblique fall on the grating parallel to the polarized electromagnetic wave ln, which sharply worsens the radio technical properties of the walls of the RPU.
Размещение решетки перед или за диэлектрическими слоями позволяет выполнить стенку РПУ достаточно простым способом, используя обычные технологии производства РПУ из диэлектриков. Размещение решетки между диэлектрическими слоями позволяет выполнить стенку РПУ с гораздо лучшими радиотехническими характеристиками, но при этом существенным образом усложняется производство таких стенок.Placing the lattice in front of or behind the dielectric layers allows the RPU wall to be made in a rather simple way using conventional technologies for the production of RPU from dielectrics. Placing the lattice between the dielectric layers allows the RPU wall to be made with much better radio-technical characteristics, but the production of such walls is substantially complicated.
Изобретение поясняется рисунками, где на фиг.1 изображена конструкция стенки РПУ с решеткой из искривленных проводов, фиг.2 - схемы искривления проводов в виде меандра, фиг.3 - схемы искривления проводов в виде соленоида, фиг.4 - два взаимно перпендикулярных набора проводов с периодическими искривлениями, фиг.5 - эквивалентная схема длинной линии для диэлектрической стенки с решеткой из искривленных проводов, фиг.6 - зависимость дополнительной индуктивности решетки от удлинения провода при искривлении провода в виде меандра, фиг.7 - частотная зависимость коэффициента отражения от стенки РПУ при нормальном падении электромагнитной волны, фиг.8 - частотная зависимость коэффициента отражения от стенки РПУ для перпендикулярно поляризованной электромагнитной волны при угле падения 50°, фиг.9 - частотная зависимость коэффициента отражения от стенки РПУ для параллельно поляризованной электромагнитной волны при угле падения 50°, фиг.10 - частотная зависимость коэффициента отражения от стенки РПУ при нормальном падении электромагнитной волны.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the structure of the RPU wall with a lattice of twisted wires, Fig. 2 is a diagram of the curvature of wires in the form of a meander, Fig. 3 is a diagram of the curvature of wires in the form of a solenoid, Fig. 4 is two mutually perpendicular sets of wires with periodic curvatures, FIG. 5 is an equivalent diagram of a long line for a dielectric wall with a grid of curved wires, FIG. 6 is a dependence of the additional inductance of the grid on the extension of the wire when the wire is curved in the form of a meander, FIG. 7 is a frequency the dependence of the reflection coefficient from the RPU wall for normal incidence of an electromagnetic wave, Fig. 8 is the frequency dependence of the reflection coefficient from the RPU wall for a perpendicularly polarized electromagnetic wave at an angle of incidence of 50 °, Fig. 9 is the frequency dependence of the reflection coefficient from the RPU wall for a parallel polarized electromagnetic wave when the angle of incidence is 50 °, figure 10 is the frequency dependence of the reflection coefficient from the wall of the RPU with normal incidence of an electromagnetic wave.
Стенка РПУ включает (фиг.1), по крайней мере, один тонкий по отношению к λ0 диэлектрический слой 1 и решетку 2 с индуктивной проводимостью, состоящую из набора расположенных в периодическом порядке металлических проводов 3. При этом провода 3 решетки 2 расположены параллельно вектору 4 напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны перед или за диэлектрическим слоем 1 или между слоями 1. Провода 3 в решетке 2 выполнены с периодическими искривлениями 5 вдоль длины 8 провода 3 с периодом 6 искривления меньше не менее чем в три раза периода 7 решетки 2. Искривления 5 провода 3 с указанным периодом 6 должны увеличивать длину 8 провода 3 не менее чем в два раза, а период 7 решетки 3 должен быть меньше λmin/2 объекта 9.The RPU wall includes (Fig. 1) at least one
Искривления 5 проводов 3 в виде меандра 10 (фиг.2) позволят изготавливать решетку 2 печатным образом. Кроме того, искривления 5 проводов 3 в виде меандра 10 позволят получить достаточно большие значения дополнительной индуктивности 12 в решетке 2, так как каждый элемент 11 меандра 10 обладает достаточно большой удельной индуктивностью. Дополнительная индуктивность 12, получаемая за счет искривления 5 проводов 3 в виде меандра 10, может быть приблизительно вычислена методом участков по формуле:The curvature of 5
Где:Where:
- количество элементов 11 меандра 10 на расстоянии одного периода TX 7; где n≠m, - the number of
L - собственная индуктивность элемента 11 меандра 10,L is the intrinsic inductance of the
Мnm - взаимная индуктивность между элементами 11 n и m.M nm is the mutual inductance between the elements 11 n and m.
N - количество рассматриваемых элементов 11 меандра 10.N is the number of elements considered 11
где lM - длина 13 элемента 11 меандра 10,where l M is the
dП - ширина 14 провода 3.d P -
где Snm=|n-m|S - расстояние между m-м и n-м элементами меандра,where S nm = | nm | S is the distance between the mth and nth elements of the meander,
S - период 6 искривлений 5.S - period of 6
Искривления 5 проводов 3 в виде соленоида 15 (фиг.3) позволят получить большие значения дополнительной индуктивности 12 решетки 2, при этом размер 16 элементов 17 соленоида 15 в перпендикулярном направлении вектору 4 напряженности электрического поля получается достаточно малым по сравнению с длиной падающей волны, так как каждый элемент 17 соленоида 15 обладает гораздо большей удельной индуктивностью, чем элемент 11 меандра 10. Дополнительная индуктивность 12, получаемая за счет искривления 5 проводов 3 в виде соленоида 15, может быть вычислена методом участков по формуле:The curvature of 5
где dc - диаметр соленоида 18,where d c is the diameter of the
- количество элементов 17 соленоида 15 в одном периоде 7 решетки 2, - the number of
Tx - период 7 решетки 2,T x - period 7 of the
S - период 6 искривления 5.S -
Набор проводов 3 в решетке 2 может быть изготовлен в виде системы 19, выполненной по крайней мере из двух взаимно перпендикулярных наборов параллельно расположенных проводов 3 с периодическими искривлениями без электрического контакта 20 между этими наборами (фиг.4).A set of
Тонкие диэлектрические слои 1 могут быть выполнены из любого диэлектрического материала с малыми потерями, такого как стеклопласты, фторопласты, керамика и т.д. Металлические провода 3 с индуктивной проводимостью могут быть выполнены из металлов с малыми удельными сопротивлениями, таких как золото, серебро, медь, сталь, алюминий и т.д.Thin
Предлагаемая стенка РПУ работает следующим образом. При падении электромагнитной волны на тонкие диэлектрические слои 1 часть ее отражается, причем отражение электромагнитной волны носит емкостный характер. При падении электромагнитной волны на решетку 2 с индуктивной проводимостью часть ее отражается, причем отражение электромагнитной волны носит индуктивный характер. Отраженные поля от тонких диэлектрических слоев 1 и от решетки 2 частично компенсируют друг друга, тем самым снижая уровень отражения от стенки в целом. Оптимальная компенсация достигается в том случае, когда амплитуда отраженного поля от тонких диэлектрических слоев 1 равна амплитуде отраженного поля от решетки 2, а фазы этих полей сдвинуты на 180°. Приблизительно это условие достигается при выполнении следующего равенства:The proposed wall of the RPU works as follows. When an electromagnetic wave is incident on thin dielectric layers, 1 part of it is reflected, and the reflection of the electromagnetic wave is capacitive in nature. When an electromagnetic wave is incident on a
гдеWhere
ω - круговая частота,ω is the circular frequency
ε0 - диэлектрическая проницаемость свободного пространства,ε 0 - dielectric constant of free space,
di - толщина i-го тонкого диэлектрического слоя 1 в стенке РПУ,d i - the thickness of the i-th
εi - относительная проницаемость i-го тонкого диэлектрического слоя 1 в стенке РПУ,ε i - the relative permeability of the i-th
L - индуктивность решетки 2.L is the inductance of the
В дециметровом диапазоне и в длинноволновой части сантиметрового диапазона длин волн для достижения условия (4) необходимо увеличивать индуктивность решетки 2. Также увеличение индуктивности решетки 2 достигается за счет периодических искривлений 5 проводов 3, входящих в ее состав с периодом 6 искривлений, не менее чем в три раза меньшим периода 7 решетки 2, при этом период решетки 2 остается меньше чем λmin/2.In the decimeter range and in the long-wavelength part of the centimeter wavelength range, in order to achieve condition (4), it is necessary to increase the inductance of the
Более точное представление о работе стенки РПУ можно получить на основе теории эквивалентной длинной линии слоистой диэлектрической структуры. Тонкие диэлектрические слои, находящиеся перед и за решеткой, представляют собой в эквивалентной длинной линии (фиг.5) четырехполюсники с матрицами передачи 21 и 22, которые зависят от параметров слоев 1, угла падения и поляризации падающей волны. Решетка 2 из прямых проводов 3 может быть описана в эквивалентной длинной линии некоторой индуктивностью 23, которая определяет индуктивность решетки 2 из прямых проводов 3 и может быть вычислена по формуле:A more accurate idea of the operation of the RPU wall can be obtained on the basis of the theory of the equivalent long line of the layered dielectric structure. Thin dielectric layers located in front of and behind the grating are quadripoles with
где (β принимает значение М или Е);Where (β takes the value M or E);
(для перпендикулярной поляризации), (for perpendicular polarization),
(для параллельной поляризации); (for parallel polarization);
и вычисляются как входные сопротивления 24 и 25 эквивалентной длинной линии (фиг.5); and calculated as
Tx - период 7 решетки 2;T x - period 7 of the
dП - ширина 14 плоского провода 3 решетки 2;d P -
(m - целое число); (m is an integer);
χ2=k0sinθ; k0 - волновое число;χ 2 = k 0 sinθ; k 0 is the wave number;
θ - угол падения волны.θ is the angle of incidence of the wave.
Для уменьшения коэффициента отражения необходимо, чтобы сопротивление 26 со стороны входа длинной линии с учетом индуктивности 23 равнялось волновому сопротивлению свободного пространства 27. Для многих случаев величины индуктивности 23 без увеличения периода 7 решетки 2 недостаточно. Искривления 5 проводов 3 в решетке 2 эквивалентно последовательному включению с индуктивностью 23 дополнительной индуктивности 12. Кроме этого при увеличении угла падения электромагнитной волны значение индуктивности 23 может сильно изменяться, что может привести к увеличению коэффициента отражения при наклонном падении на стенку РПУ электромагнитной волны. Значение дополнительной индуктивности 12 от угла падения электромагнитной волны практически не зависит.To reduce the reflection coefficient, it is necessary that the
Сущность изобретения поясняется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. В примере показана зависимость дополнительной индуктивности решетки, которая используется в составе стенки РПУ для объекта, работающего на частоте 5,0 ГГц. Дополнительная индуктивность получена за счет искривлений проводов в виде меандра 10. Пример иллюстрирует малую эффективность незначительного удлинения за счет искривления проводов решетки.Example 1. The example shows the dependence of the additional inductance of the grating, which is used as part of the RPU wall for an object operating at a frequency of 5.0 GHz. Additional inductance was obtained due to the curvature of the wires in the form of a
На частоте 5,0 ГГц вычислялась зависимость дополнительной индуктивности 12 решетки 2 от относительного удлинения 30 проводов 3 решетки 2, полученных за счет искривления 5 проводов 2 в виде меандра 10.At a frequency of 5.0 GHz, the dependence of the
Рассмотрена стенка РПУ, содержащая решетку 2, выполненную с периодом 7, равным 20,0 мм, что составляет 0,3 длины волны, из плоских проводов 3 с толщиной 14, равной 0,313 мм, с искривлениями 5 провода 3 в виде меандра 10 с периодом 6 искривления 5 провода 3, равным 1,25 мм, что составляет 0,0625 периода 7 решетки 2, т.е. меньше в двенадцать раз, чем период решетки. На фиг.6 представлены зависимости 28 и 29 дополнительной индуктивности 12, измеряемой в нГн на квадрат от относительного удлинения провода 30. Зависимость 28 рассчитана методом участков, а зависимость 29 - методом интегральных уравнений, который дает более точные результаты. Можно заметить, что удлинение провода менее чем в два раза дает малые значения дополнительной индуктивности 12 решетки 2. Индуктивность 23 решетки 2 с таким же периодом 7 из прямых проводов 3 с такой же толщиной 14 составляет 15,5 нГн на квадрат. Для увеличения этого значения в два раза без уменьшения периода 7 решетки 2 необходимо уменьшить толщину 14 провода 3 приблизительно до 10 мкм. Искривления 5 провода 3 в виде меандра 10 с относительным удлинением 30 провода 3 в четыре с половиной раза позволяет добиться такого же результата без изменения толщины провода и использования проводов с микроскопической толщиной.An RPU wall is considered, containing a
Пример 2. В численном примере представлена стенка РПУ для работы в диапазоне частот от 1,0 ГГц до 1,4 ГГц. Коэффициент отражения стенки не должен превышать -20 дБ при углах падения от 0 до 50 градусов.Example 2. In a numerical example, the RPU wall is presented for operation in the frequency range from 1.0 GHz to 1.4 GHz. The wall reflection coefficient should not exceed -20 dB at incidence angles from 0 to 50 degrees.
Рассматриваемая стенка РПУ состоит из трех диэлектрических слоев 1 и решетки 2 из проводов 3, изогнутых в виде меандра 10. Толщины диэлектрических слоев 1: 1,25 мм; 20,0 мм и 1,25 мм. Относительные диэлектрические проницаемости слоев 1: 4,3; 1,1; 4,3. Решетка 2 состоит из плоских проводов 3 с толщиной 14, равной 0,625 мм, искривленных в виде меандра 10 с относительным удлинением 30, равным четырнадцати. Решетка 2 имеет период 7, равный 40 мм, что составляет 0,19 λmin в рассматриваемом диапазоне частот. Период 6 искривления 5 равен 2,5 мм, что составляет 0,0625 периода 7 решетки 2. Такая решетка 2 обладает индуктивностью, равной 194 нГн на квадрат. Провода 3 в решетке 2 расположены параллельно вектору 4 напряженности электрического поля падающей электромагнитной волны. В решетке не использованы провода с микроскопической толщиной.The considered wall of the RPU consists of three
На фиг.7, 8, 9 представлены вычисленные частотные зависимости коэффициентов отражения от стенки РПУ для трех случаев: при нормальном падении, при угле падения волны 50° для перпендикулярной поляризации и при угле падения волны 50° для параллельной поляризации соответственно. Зависимость 31 относится к случаю стенки РПУ без решетки 2 (первый вариант). Зависимость 32 относится к стенке РПУ с решеткой 2, установленной на поверхности стенки перед или за диэлектрическими слоями 1 (второй вариант). Зависимость 33 относится к стенке РПУ с решеткой 2, установленной в центре стенки между диэлектрическими слоями (третий вариант). Как видно из графиков, наилучшим является третий вариант, но он достаточно сложен для реализации. Второй вариант позволяет получить коэффициент отражения от стенки РПУ не выше -20 дБ в полосе частот от 1,0 до 1,4 ГГц для углов падения от 0 до 50° для любой поляризации поля падающей волны. Первый вариант стенки не позволяет добиться желаемого результата (максимальный коэффициент отражения составляет -14 дБ).Figures 7, 8, 9 show the calculated frequency dependences of the reflection coefficients on the RPU wall for three cases: at normal incidence, at a 50 ° angle of incidence for perpendicular polarization, and at a 50 ° angle of incidence for parallel polarization, respectively.
Пример. 3. В экспериментальном примере рассмотрена стенка РПУ для работы в диапазоне частот от 1,0 ГГц до 2,0 ГГц.Example. 3. In an experimental example, the RPU wall is considered for operation in the frequency range from 1.0 GHz to 2.0 GHz.
Стенка РПУ включает три диэлектрических слоя 1. Толщины диэлектрических слоев 1: 0,6 мм; 13,0 мм; 0,9 мм. Относительные диэлектрические проницаемости слоев 1: 3,7; 1,1; 3,7. Для снижения коэффициента отражения такой стенки использовалась решетка 2 с периодом 7, равным 20 мм, что составляет 0,19 λmin, из круглых проводов 3 с диаметром провода 0,5 мм, искривленных в виде соленоида 15 с периодом 6 искривления 5, равным 1,18 мм, что составляет 0,059 периода решетки. Диаметр соленоида 18 равен 4,5 мм. Провода в решетке удлиняются за счет искривления в двенадцать раз. Такая решетка 2 обладает индуктивностью, равной 299 нГн на квадрат. Решетка 2 устанавливалась на поверхности стенки перед диэлектрическим слоем 1 с толщиной 0,9 мм. На фиг.10 представлены вычисленные и измеренные частотные зависимости коэффициента отражения при нормальном падении электромагнитной волны на стенку РПУ. Зависимости 34 и 35 относятся к случаю стенки РПУ без решетки 2, измеренные и вычисленные соответственно. Зависимости 36 и 37 относятся к случаю стенки РПУ с решеткой 2, измеренные и вычисленные соответственно. Из сравнения зависимости 36 с зависимостью 34 и из сравнения зависимости 37 с зависимостью 35 можно сделать вывод, что использование такой решетки 2 из проводов 3, изогнутых в виде соленоида 10, приводит к существенному снижению коэффициента отражения (см. фиг.10) от стенки в рассматриваемом диапазоне частот. Минимальное значение коэффициента отражения наблюдается на частоте 1,25 ГГц. В решетке не использованы провода с микроскопической толщиной.The RPU wall includes three
Как следует из вышеизложенного и как следует из примеров, использование изобретения позволяет создавать стенки РПУ с высокими радиотехническими характеристиками, а именно с низким коэффициентом отражения (дополнительное снижение коэффициента отражения не менее чем на 10 дБ) для объектов, работающих в дециметровом и в длинноволновой части сантиметрового диапазонов длин волн. Также упрощается изготовление таких стенок с решетками, так как появляется возможность не использовать в решетках провода с микроскопической толщиной.As follows from the foregoing and as follows from the examples, the use of the invention allows the creation of RPU walls with high radio technical characteristics, namely with a low reflection coefficient (an additional decrease in reflection coefficient of at least 10 dB) for objects operating in the decimeter and in the long-wavelength part of the centimeter wavelength ranges. The manufacture of such walls with gratings is also simplified, since it becomes possible not to use wires with microscopic thickness in the gratings.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117353/07A RU2459323C1 (en) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Radome wall |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011117353/07A RU2459323C1 (en) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Radome wall |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2459323C1 true RU2459323C1 (en) | 2012-08-20 |
Family
ID=46936826
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011117353/07A RU2459323C1 (en) | 2011-05-04 | 2011-05-04 | Radome wall |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2459323C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788334C1 (en) * | 2022-05-12 | 2023-01-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Dome of the broadband antenna system |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5059972A (en) * | 1989-12-15 | 1991-10-22 | Heieren Erik V | Method for assembling elements to a radome |
US5323170A (en) * | 1992-10-09 | 1994-06-21 | M & N Aerospace, Inc. | Radomes having vinyl foam core construction |
RU2054763C1 (en) * | 1993-04-12 | 1996-02-20 | Машиностроительное Конструкторское Бюро "Факел" | Antenna dome |
RU2168816C1 (en) * | 2000-06-05 | 2001-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие - Московский научно-исследовательский институт "АГАТ" | Radioparent dome wall |
RU2186444C1 (en) * | 2001-08-06 | 2002-07-27 | Акционерное общество открытого типа "ОКБ Сухого" | Antenna dome, its manufacturing process, and method for producing antenna dome layer |
RU2277737C1 (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Auxiliary heat shield of airborne antenna in head antenna fairing of flying vehicle |
RU2292101C2 (en) * | 2005-05-23 | 2007-01-20 | ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Antenna dome |
EP2151889A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-10 | Audi AG | Radome for a radar sensor in a motor vehicle |
RU2433512C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Antenna dome and method of antenna dome manufacturing |
-
2011
- 2011-05-04 RU RU2011117353/07A patent/RU2459323C1/en active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5059972A (en) * | 1989-12-15 | 1991-10-22 | Heieren Erik V | Method for assembling elements to a radome |
US5323170A (en) * | 1992-10-09 | 1994-06-21 | M & N Aerospace, Inc. | Radomes having vinyl foam core construction |
RU2054763C1 (en) * | 1993-04-12 | 1996-02-20 | Машиностроительное Конструкторское Бюро "Факел" | Antenna dome |
RU2168816C1 (en) * | 2000-06-05 | 2001-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие - Московский научно-исследовательский институт "АГАТ" | Radioparent dome wall |
RU2186444C1 (en) * | 2001-08-06 | 2002-07-27 | Акционерное общество открытого типа "ОКБ Сухого" | Antenna dome, its manufacturing process, and method for producing antenna dome layer |
RU2277737C1 (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Auxiliary heat shield of airborne antenna in head antenna fairing of flying vehicle |
RU2292101C2 (en) * | 2005-05-23 | 2007-01-20 | ФГУП "Центральное конструкторское бюро автоматики" | Antenna dome |
EP2151889A1 (en) * | 2008-08-01 | 2010-02-10 | Audi AG | Radome for a radar sensor in a motor vehicle |
RU2433512C1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Antenna dome and method of antenna dome manufacturing |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2788334C1 (en) * | 2022-05-12 | 2023-01-17 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г.Ромашина" | Dome of the broadband antenna system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2323610C (en) | Circuit intended to remove currents of surface on metals and related technique | |
Imran et al. | A cylindrical wideband slotted patch antenna loaded with frequency selective surface for MRI applications | |
RU2379800C2 (en) | Electromagnetic shield with large surface impedance | |
Sun et al. | Subwavelength substrate-integrated Fabry-Pérot cavity antennas using artificial magnetic conductor | |
US9912069B2 (en) | Dual-polarized, broadband metasurface cloaks for antenna applications | |
KR101265921B1 (en) | Method and arrangement for reducing the radar cross section of integrated antennas | |
Noor et al. | Metamaterial dual polarised resistive Hilbert curve array radar absorber | |
Konstantinidis et al. | Dual subwavelength Fabry–Perot cavities for broadband highly directive antennas | |
Liu et al. | RCS reduction of a patch array antenna based on microstrip resonators | |
Kwon et al. | Energy storage and radiation $ Q $ of infinite planar dipole phased arrays | |
Guclu et al. | Direct use of the high impedance surface as an antenna without dipole on top | |
Kundu et al. | High Gain Dual Notch Compact UWB Antenna with Minimal Dispersion for Ground Penetrating Radar Application. | |
US20130285880A1 (en) | Wideband electromagnetic stacked reflective surfaces | |
RU2459323C1 (en) | Radome wall | |
Abdelraheem et al. | Coplanar UWB antenna for high speed communication systems | |
Locatelli et al. | Highly directional planar ultra wide band antenna for radar applications | |
Wei et al. | Array-antenna decoupling surfaces for quasi-yagi antenna arrays | |
Kumar et al. | Multi-layer FSS for gain improvement of a wide-band stacked printed antenna | |
Ojaroudi et al. | UWB monopole antenna with WLAN frequency band-notched performance by using a pair of E-shaped slits | |
Virone et al. | Broadband array element for the SKA low-frequency aperture array | |
Sugumaran et al. | Design and analysis of fractal based monopole antenna backed with modified Jerusalem Cross frequency selective surface for wireless personal area communications | |
Oraizi et al. | Wideband monopole fractal antenna with Hilbert fractal slot patterned ground plane | |
Seo et al. | A 915 MHz dual polarized meandered dipole antenna with dual resonance | |
Chang et al. | Characterization of stretchable serpentine microwave devices for wearable electronics | |
Kisel et al. | Reduction of the Radar Cross Section of Conformed Microstrip Antennas Using Metamaterials |