RU2526741C1 - Radar antenna with reduced scattering cross-section - Google Patents

Radar antenna with reduced scattering cross-section Download PDF

Info

Publication number
RU2526741C1
RU2526741C1 RU2013116873/08A RU2013116873A RU2526741C1 RU 2526741 C1 RU2526741 C1 RU 2526741C1 RU 2013116873/08 A RU2013116873/08 A RU 2013116873/08A RU 2013116873 A RU2013116873 A RU 2013116873A RU 2526741 C1 RU2526741 C1 RU 2526741C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
dipoles
band
emitters
frequency band
Prior art date
Application number
RU2013116873/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич Грибков
Виталий Сергеевич Грибков
Виктор Федорович Казанцев
Сергей Владимирович Ковалев
Сергей Михайлович Нестеров
Иван Алексеевич Скородумов
Original Assignee
Алексей Сергеевич Грибков
Виталий Сергеевич Грибков
Виктор Федорович Казанцев
Сергей Владимирович Ковалев
Сергей Михайлович Нестеров
Иван Алексеевич Скородумов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Алексей Сергеевич Грибков, Виталий Сергеевич Грибков, Виктор Федорович Казанцев, Сергей Владимирович Ковалев, Сергей Михайлович Нестеров, Иван Алексеевич Скородумов filed Critical Алексей Сергеевич Грибков
Priority to RU2013116873/08A priority Critical patent/RU2526741C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2526741C1 publication Critical patent/RU2526741C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Aerials With Secondary Devices (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: radar antenna, having at least one radiator operating in a given frequency band, placed in front of radiators in one plane of the a frequency selection device with band characteristics which enable to transmit electromagnetic radiation in the operating frequency band, and reflect radiation outside said band, between the radiators at a distance therefrom in one plane, there are linear arrays of identical dipoles which form a flat two-dimensional periodic mesh structure.
EFFECT: reducing the scattering cross-section of the antenna in the operating frequency band thereof.
13 dwg

Description

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к антенной технике, и может быть использовано при проектировании антенных устройств с уменьшенной эффективной площадью рассеяния (ЭПР).The invention relates to radio engineering, namely to antenna technology, and can be used in the design of antenna devices with a reduced effective scattering area (EPR).

Одними из основных элементов конструкции современных самолетов, вносящих существенный, до 30% и более, вклад в их ЭПР в секторах передней полусферы, являются антенны бортового радиоэлектронного оборудования (БРЭО). Из всех антенн БРЭО наибольший вклад в ЭПР самолета вносит носовой антенный отсек с антенной бортовой радиолокационной станции (БРЛС). Для снижения заметности антенн БРЭО принимаются всевозможные меры, в том числе и замена зеркальных параболических антенн на активные фазированные антенные решетки (АФАР) [Зарубежное военное обозрение. №11 (680), Москва, 2003]. За счет этого решается проблема снижения уровней отражений от элементов оборудования, расположенных за раскрывом антенны. Кроме того, приемно-излучающие модули АФАР могут устанавливаться на малоотражающем основании (плоскости), где в отличие от волноводно-щелевых ФАР уровни их ЭПР, в основном, определяются отражением от излучающих элементов модулей. Однако в настоящее время задачу создания малозаметных антенн нельзя считать полностью решенной, поэтому особую ценность приобретают оригинальные технические решения, позволяющие приблизиться к ее решению.One of the main structural elements of modern aircraft, making a significant, up to 30% or more, contribution to their EPR in the sectors of the front hemisphere, are antennas of avionics (avionics). Of all the avionics, the largest contribution to the EPR of the aircraft is made by the bow antenna compartment with the antenna of the airborne radar station. Various measures are taken to reduce the visibility of avionics avionics, including the replacement of parabolic reflector antennas with active phased array antennas (AFAR) [Foreign Military Review. No. 11 (680), Moscow, 2003]. Due to this, the problem of reducing the levels of reflections from equipment elements located behind the opening of the antenna is solved. In addition, receiving and emitting AFAR modules can be installed on a low-reflective base (plane), where, unlike waveguide-slotted PARs, their EPR levels are mainly determined by reflection from the radiating elements of the modules. However, at present, the task of creating subtle antennas cannot be considered completely solved; therefore, original technical solutions, which make it possible to approach its solution, are of particular value.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является антенна с уменьшенной поверхностью обратного рассеивания 1 (фиг.1) [DE 3642072. МКИ: G01S 7/38, H01Q 15/14, 1988, №25], содержащая минимум один излучатель 2, работающий в заданной полосе рабочих частот, и размещенные перед излучателем в одной плоскости устройства частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение. Очевидно, что основным недостатком такой антенны является ее "заметность" в полосе рабочих частот, когда антенна переотражает в обратном направлении часть энергии, приходящей от внешнего источника излучений.The closest technical solution to the proposed one is an antenna with a reduced backscatter surface 1 (Fig. 1) [DE 3642072. MKI: G01S 7/38, H01Q 15/14, 1988, No. 25] containing at least one emitter 2 operating in a given operating frequency band, and frequency selection devices 3 with band characteristics located in front of the emitter in the same plane, which allow transmission of electromagnetic radiation in the working frequency band, and reflect radiation outside this band. Obviously, the main drawback of such an antenna is its “visibility” in the operating frequency band, when the antenna reflects back part of the energy coming from an external radiation source.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение эффективной площади рассеяния антенны в полосе ее рабочих частот.The objective of the present invention is to reduce the effective scattering area of the antenna in the band of its operating frequencies.

Техническим результатом, обеспечивающим решение указанной задачи, является антенна со сниженной радиолокационной заметностью в полосе ее рабочих частот.The technical result that provides a solution to this problem is an antenna with reduced radar signature in the band of its operating frequencies.

Указанная задача решается за счет того, что в радиолокационной антенне с уменьшенной эффективной площадью рассеяния 1, содержащей минимум один излучатель 2, работающий в заданной полосе рабочих частот, и размещенные перед излучателем в одной плоскости устройства частотной селекции 3 с полосовыми характеристиками, позволяющие пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение, согласно изобретению, между излучателями, соизмеримыми с рабочей длиной волны λ0, на расстоянии h от них в одной плоскости размещают линейные решетки 4 из одинаковых диполей длиной l и диаметром сечения d, образующие плоскую двумерно-периодическую сетчатую структуру с перекрестьями, совпадающими с серединой зазоров между диполями величиной b (фиг.2), при этом численные значения h, l, d и b выбирают из соотношенийThis problem is solved due to the fact that in a radar antenna with a reduced effective scattering area 1 containing at least one emitter 2 operating in a given operating frequency band and placed in front of the emitter in the same plane of a frequency selection device 3 with strip characteristics, allowing electromagnetic radiation to be transmitted in the operating frequency band, and outside this band to reflect radiation, according to the invention, between emitters, commensurate with the working wavelength λ 0 , at a distance h from them in one plane, linear gratings 4 of the same dipoles of length l and cross-sectional diameter d are placed, forming a flat two-dimensional-periodic mesh structure with crosshairs that coincide with the middle of the gaps between the dipoles of magnitude b (figure 2), while the numerical values of h, l, d and b are selected from the relations

h≈λ0/4, l≈0,5λ0, d≈0,05λ0, b≥0,1λ0, гдеh≈λ 0/4, l≈0,5λ 0, d≈0,05λ 0, b≥0,1λ 0, where

λ0 - средняя рабочая длина волны излучателей антенны,λ 0 - average working wavelength of the emitters of the antenna,

l - длина диполя,l is the length of the dipole,

d - диаметр сечения диполя,d is the diameter of the cross section of the dipole,

b - величина зазора между диполями.b is the gap between the dipoles.

Поясним данное техническое решение. Из теории и техники антенн [Современная теория и практическое применение антенн, под ред. В.А. Неганова. М.: «Радиотехника». 2009. С.611] известны различные принципы построения совмещенных ФАР диапазона СВЧ. Одно из схемных решений совмещенных решеток предусматривает их размещение одна над другой на некотором расстоянии. Причем верхняя решетка, например, является вибраторной, а излучателями нижней решетки могут быть волноводы, щели, вибраторы и другие элементы, поперечные размеры которых, в зависимости от типа излучателя, находятся в пределах от 0,4λ0 до 1,2λ0, т.е. соизмеримы с рабочей длиной волны. С учетом направленных свойств излучателей устанавливаются предельные расстояния между ними в решетке. При этом руководствуются тем, чтобы синфазное сложение полей отдельных излучателей происходило в пределах главного дифракционного максимума (диаграммы направленности), а остальные дифракционные максимумы высших порядков отсутствовали. Для выполнения этого условия, например, расстояние между излучателями должно составлять не более 0,58λ0…0,68λ0.Let us explain this technical solution. From the theory and technology of antennas [Modern theory and practical use of antennas, ed. V.A. Neganova. M .: "Radio engineering". 2009. P.611] there are various principles of construction of combined HEADLIGHTS of the microwave range. One of the circuit solutions of combined lattices provides for their placement one above the other at a certain distance. Moreover, the upper lattice, for example, is a vibrator, and the emitters of the lower lattice can be waveguides, slots, vibrators and other elements whose transverse dimensions, depending on the type of emitter, range from 0.4λ 0 to 1.2λ 0 , t. e. commensurate with the working wavelength. Taking into account the directed properties of the emitters, the limiting distances between them in the grating are established. In this case, they are guided by the fact that the common-mode addition of the fields of individual emitters occurs within the main diffraction maximum (radiation pattern), and the remaining diffraction maxima of the higher orders are absent. To fulfill this condition, for example, the distance between the emitters should be no more than 0.58λ 0 ... 0.68λ 0 .

Совмещение решеток может выполняться в пределах одного излучающего раскрыва, при этом излучатели одного диапазона располагают между излучателями другого диапазона. Такое совмещение удобно проводить для щелевых, волноводных и вибраторных излучателей. Совмещенная на одной излучающей решетке АФАР обладает широкополосными свойствами для работы как на длине волны λ01, так и на длине волны λ02 (частотах ω01 и ω02) (фиг.3). Вместе с тем, совмещение двух решеток одна над другой или одна в другой может приводить к некоторому ухудшению их электродинамических характеристик. Результаты исследований данных антенн показывают, что совмещение приводит к падению усиления, увеличению уровня боковых лепестков и ограничению сектора сканирования. При соотношении частот ω0201≈2…4 могут ухудшиться характеристики высокочастотной решетки. По этой причине, чтобы не нарушить функциональные свойства совмещенной АФАР, целесообразно придерживаться соотношения, когда λ02≈0,5λ01.The combination of the gratings can be performed within one radiating aperture, while the emitters of one range are located between the emitters of another range. Such a combination is conveniently carried out for slotted, waveguide and vibrator emitters. Combined on a single radiating grating, the AFAR has broadband properties for operation both at a wavelength of λ 01 and at a wavelength of λ 02 (frequencies ω 01 and ω 02 ) (Fig. 3). However, the combination of two lattices one above the other or one in the other can lead to some deterioration in their electrodynamic characteristics. The results of studies of these antennas show that the combination leads to a decrease in gain, an increase in the level of side lobes and the restriction of the scanning sector. With a frequency ratio of ω 02 / ω 01 ≈2 ... 4, the characteristics of the high-frequency grating may deteriorate. For this reason, in order not to violate the functional properties of the combined AFAR, it is advisable to adhere to the ratio when λ 02 ≈0.5λ 01 .

Рассмотрим совмещенную АФАР как радиолокационный отражатель. Первую решетку представим в виде проводящей поверхности (раскрыв антенны), составленной из плоских излучателей, соизмеримых с длиной волны, между которыми на заданной высоте равномерно располагаются горизонтальные симметричные вибраторы. Отраженное от такой конструкции поле будет являться результатом интерференции полей, отраженных непосредственно от раскрыва антенны и от вибраторов, расположенных над проводящей плоскостью. Вместе с тем известно, что для противорадиолокационной маскировки металлических объектов применяются радиопоглощающие покрытия интерференционного типа [Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки М.: Сов. радио. 1968. С 347], принцип работы которых основан на том, что падающая и отраженная волна компенсируют друг друга. Также известны более эффективные с точки зрения весовых и габаритных характеристик резонансные радиопоглощающие покрытия интерференционного типа. Простейшим представителем данного покрытия является двухслойная структура толщиной h≈λ0/4, состоящая из диэлектрика и резистивной пленки [Великанов В.Д. и др. Радиотехнические системы в ракетной технике. - М.: Воениздат, 1974. С.230] с входным сопротивлением нормально отражающей поверхности 377 Ом. Известно, что для расширения частотного диапазона и обеспечения эффективности действия интерференционного покрытия при увеличении угла падения электромагнитной энергии резистивную пленку заменяют решеткой из одинаковых диполей, ориентированных параллельно вектору электрического поля. Эквивалентная схема в этом случае представляет собой постоянное сопротивление в виде последовательного контура R, L, С (фиг.4), сопротивление потерь которого определяется омическим сопротивлением диполей и шагом решетки, а замкнутая линия - параллельным резонансным контуром R', L', С'. При этом входная проводимость такой линии определяется из соотношенияConsider the combined AFAR as a radar reflector. The first grating can be represented as a conductive surface (opening the antenna), composed of flat emitters commensurate with the wavelength, between which horizontal symmetrical vibrators are uniformly located at a given height. The field reflected from such a design will be the result of interference from fields reflected directly from the aperture of the antenna and from vibrators located above the conducting plane. However, it is known that for anti-radar masking of metal objects used are radio-absorbing coatings of the interference type [Vakin SA, Shustov L.N. Fundamentals of radio counteraction and electronic intelligence M .: Sov. radio. 1968. With 347], the principle of which is based on the fact that the incident and reflected waves cancel each other out. Interference-type resonant radar absorbing coatings that are more effective in terms of weight and overall characteristics are also known. The simplest representative of the coating thickness is a two-layer structure h≈λ 0/4, consisting of dielectric and resistive film [Giants VD and others. Radio engineering systems in rocket technology. - M .: Military Publishing House, 1974. P.230] with an input resistance of the normally reflecting surface of 377 Ohms. It is known that to expand the frequency range and ensure the effectiveness of the interference coating with an increase in the angle of incidence of electromagnetic energy, the resistive film is replaced by a lattice of identical dipoles oriented parallel to the electric field vector. The equivalent circuit in this case is a constant resistance in the form of a series circuit R, L, C (Fig. 4), the loss resistance of which is determined by the ohmic resistance of the dipoles and the grid pitch, and the closed line is determined by the parallel resonant circuit R ', L', C ' . In this case, the input conductivity of such a line is determined from the relation

y = j ε z o c t g π 2 ω ω o

Figure 00000001
, где ω ω o = λ o λ
Figure 00000002
, y = - j ε z o c t g π 2 ω ω o
Figure 00000001
where ω ω o = λ o λ
Figure 00000002
,

где λ - длина волны в диэлектрике с диэлектрической проницаемостью 8.where λ is the wavelength in a dielectric with a permittivity of 8.

Проводимость параллельного резонансного контура и коэффициент отражения двухконтурной схемы соответственно запишутся какThe conductivity of the parallel resonant circuit and the reflection coefficient of the dual-circuit circuit are respectively written as

y = j ( ω ω o ω o ω ) C ' L '

Figure 00000003
, y = j ( ω ω o - ω o ω ) C '' L ''
Figure 00000003
,

r = [ R 1 ε L C ( ω ω o ω o ω ) t g π 2 ω ω o ] + j [ 1 ε t g π 2 ω ω o ( R z o ) L C ( ω ω o ω o ω ) ] [ R 1 ε L C ( ω ω o ω o ω ) t g π 2 ω ω o ] + j [ 1 ε t g π 2 ω ω o ( R + z o ) L C ( ω ω o ω o ω ) ]

Figure 00000004
. r = [ - R - one ε L C ( ω ω o - ω o ω ) t g π 2 ω ω o ] + j [ one ε t g π 2 ω ω o ( R - z o ) - L C ( ω ω o - ω o ω ) ] [ R - one ε L C ( ω ω o - ω o ω ) t g π 2 ω ω o ] + j [ one ε t g π 2 ω ω o ( R + z o ) - L C ( ω ω o - ω o ω ) ]
Figure 00000004
.

Ha фиг.5 приведена зависимость коэффициента отражения радиопоглощающего покрытия на основе одномерной дипольной решетки от частоты. Оптимальное согласование двухконтурного поглотителя при R=R'=Z0 и при компенсации мнимых составляющих импеданса обоих контуров представляется соотношением L C = z 0 2 C ' L '

Figure 00000005
при условии, что L C = π 4 z 0 ε
Figure 00000006
.Figure 5 shows the frequency dependence of the reflection coefficient of a radar absorbing coating based on a one-dimensional dipole lattice. The optimal matching of the double-circuit absorber at R = R '= Z 0 and when compensating the imaginary components of the impedance of both loops is represented by the relation L C = z 0 2 C '' L ''
Figure 00000005
provided that L C = π four z 0 ε
Figure 00000006
.

Для практического использования данного покрытия важно, чтобы его эффективность не очень сильно зависела от длины диполей и расстояния между ними. Экспериментальные результаты, приведенные в Великанов В.Д. и др. Радиотехнические системы в ракетной технике. - М.: Воениздат, 1974. С.234-236, показывают, что при изменении длины диполя l на 10% и расстояния между линейными решетками на 15% отраженная энергия увеличивается менее чем на 10%. Для эффективного поглощения диполи должны быть ориентированы параллельно вектору электрического поля. В этом случае коэффициент отражения по полю будет минимальным. На фиг.6 приведена зависимость коэффициента отражения одномерной дипольной решетки от угла падения при условии оптимальной плотности распределения диполей и совпадающей с ними поляризацией электрического поля. Из графика видно, что при хорошо согласованном покрытии с резонансной длиной диполей l≈0,5λ0 отраженная энергия составляет менее 2% по мощности в диапазоне углов падения от 0 до 40°. Угловая зависимость коэффициента отражения одномерной решетки из диполей для волны с разной поляризацией приведена на фиг.7. Чтобы эффективное поглощение электромагнитной энергии не зависело от случайной ориентации вектора электрического поля, к имеющейся в схеме покрытия первой линейной дипольной решетке необходимо добавить вторую линейную дипольную решетку, повернув ее относительно первой на 90°. Из зависимости, приведенной на фиг.8, видно, что включение в схему покрытия дополнительных диполей, развернутых на 90°, не ухудшает согласованность покрытия. Иначе говоря, коэффициент отражения покрытия на основе крестообразной дипольной решетки практически не зависит от поляризации облучающего сигнала. Из анализа представленных зависимостей [Великанов В.Д. и др. Радиотехнические системы в ракетной технике. - М.: Воениздат, 1974. С.237] следует, что диаметр диполей и зазор между ними в решетке необходимо выбирать исходя из условия, обеспечивающего минимальный коэффициент отражения решетки, т.е. когда d≈0,05λ0, b≥0,1λ0.For the practical use of this coating, it is important that its effectiveness does not depend very much on the length of the dipoles and the distance between them. Experimental results cited in V. Velikanov and others. Radio engineering systems in rocket technology. - M .: Military Publishing House, 1974. P.234-236, show that when the dipole length l changes by 10% and the distance between the linear gratings by 15%, the reflected energy increases by less than 10%. For effective absorption, dipoles must be oriented parallel to the electric field vector. In this case, the field reflection coefficient will be minimal. Figure 6 shows the dependence of the reflection coefficient of a one-dimensional dipole lattice on the angle of incidence under the condition of the optimal distribution density of dipoles and the polarization of the electric field coinciding with them. The graph shows that for a well-matched coating with a resonant dipole length l≈0.5λ 0, the reflected energy is less than 2% in power in the range of incidence angles from 0 to 40 °. The angular dependence of the reflection coefficient of a one-dimensional lattice of dipoles for a wave with different polarization is shown in Fig.7. So that the effective absorption of electromagnetic energy does not depend on the random orientation of the electric field vector, it is necessary to add a second linear dipole lattice to the first linear dipole lattice in the coating scheme by rotating it 90 ° relative to the first one. From the dependence shown in Fig. 8, it can be seen that the inclusion of additional dipoles deployed at 90 ° in the coating scheme does not impair the consistency of the coating. In other words, the reflection coefficient of the coating based on a cross-shaped dipole lattice is practically independent of the polarization of the irradiating signal. From the analysis of the presented dependencies [Velikanov V.D. and others. Radio engineering systems in rocket technology. - M .: Military Publishing House, 1974. P.237] it follows that the diameter of the dipoles and the gap between them in the lattice must be selected on the basis of the condition that provides the minimum reflection coefficient of the lattice, ie when d≈0.05λ 0 , b≥0.1λ 0 .

Таким образом, выбор параметров h, l, d и b по отношению к длине волны позволяет минимизировать коэффициент отражения сетки из диполей над проводящей плоскостью и обеспечить поглощение падающего поля без ухудшения тактико-технических характеристик АФАР в полосе ее рабочих частот.Thus, the choice of the parameters h, l, d, and b with respect to the wavelength allows one to minimize the reflection coefficient of the network of dipoles above the conducting plane and to ensure the absorption of the incident field without deterioration of the tactical and technical characteristics of the AFAR in the band of its operating frequencies.

Чтобы исключить в отраженном от решетки с квадратной ячейкой сигнале дифракционные максимумы (когда расстояние между дипольными решетками больше λ0/2), вторую линейную дипольную решетку можно повернуть на угол меньший 90°, сформировав, таким образом, сетчатую структуру с косоугольной ячейкой или построив сетчатую структуру с треугольной ячейкой. Возможные варианты таких конструкций представлены на фиг.9 (а, б).To eliminate reflected from the grating with square cell signal diffraction peaks (when the distance between the dipole gratings longer λ 0/2), a second linear dipole grating can be rotated through an angle less than 90 °, forming thus a network structure with oblique cell or by constructing a mesh structure with a triangular cell. Possible options for such designs are presented in Fig.9 (a, b).

На практике линейные решетки из диполей можно крепить на заданном расстоянии от излучателей АФАР с использованием плоскопараллельной диэлектрической пластины, что не противоречит условиям, когда требуется обеспечить широкоугольное согласование излучателей антенны [Антенны и устройства СВЧ (проектирование фазированных антенных решеток), под ред. Д.И.Воскресенского. М.: "Радио и связь". 1981. С.216]. Безусловно, не в ущерб работоспособности АФАР плотность распределения диполей над раскрывом будет определяться, в первую очередь, расстоянием между излучателями и не всегда будет оптимальной для эффективного поглощения даже в полосе рабочих частот АФАР.In practice, linear dipole arrays can be mounted at a given distance from the AFAR emitters using a plane-parallel dielectric plate, which does not contradict the conditions when it is necessary to ensure wide-angle matching of antenna emitters [Antennas and microwave devices (design of phased antenna arrays), ed. D.I. Voskresensky. M .: "Radio and communication". 1981. P.216]. Of course, not to the detriment of the AFAR performance, the density of the dipole distribution over the opening will be determined, first of all, by the distance between the emitters and will not always be optimal for effective absorption even in the AFAR operating frequency band.

Радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния работает следующим образом. На раскрыв антенны падает плоский фронт электромагнитной волны. Устройства частотной селекции с заданными полосовыми характеристиками пропускают электромагнитное излучение в полосе рабочих частот антенны, а за пределами этой полосы отражают излучение в разные стороны, исключая обратные переотражения в сторону источника излучения. Электромагнитная волна в полосе рабочих частот антенны, пройдя устройства селекции, частично отражается от линейных решеток из одинаковых диполей резонансной длины и складывается в противофазе с волной, прошедшей через решетки, воздушную прослойку и отраженной от излучателей. Другая часть электромагнитной волны, прошедшая сквозь линейные решетки, многократно отражается от границы раздела «излучатели - воздух» и «решетки - воздух», теряет энергию при поглощении диполями и в итоге затухает в воздушной прослойке. Таким образом, за счет сложения волн в противофазе и потерь ее энергии исключается обратное переотражение электромагнитной волны от антенны в направлении нормали к ее раскрыву.A radar antenna with a reduced effective scattering area works as follows. A flat front of an electromagnetic wave falls on the antenna opening. Frequency selection devices with predetermined band-pass characteristics transmit electromagnetic radiation in the operating frequency band of the antenna, and outside this band they reflect radiation in different directions, excluding reverse re-reflections to the side of the radiation source. An electromagnetic wave in the working frequency band of the antenna, having passed through the selection device, is partially reflected from linear gratings from the same dipoles of resonant length and is added in antiphase with the wave passing through the gratings, the air gap and reflected from the emitters. Another part of the electromagnetic wave that has passed through the linear gratings is repeatedly reflected from the interface between “emitters - air” and “gratings - air”, loses energy when absorbed by dipoles, and eventually attenuates in the air gap. Thus, due to the addition of waves in antiphase and the loss of its energy, the reverse re-reflection of the electromagnetic wave from the antenna in the direction normal to its opening is excluded.

Существо предлагаемого технического решения поясняется фигурами 1-13, на которых представлена радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, а также результаты экспериментальных исследований ее модели в условиях Эталонного радиолокационного измерительного комплекса НИЦ (г.Тверь) 4 ЦНИИ Минобороны России ["Эталонный радиолокационный измерительный комплекс открытого типа (ЭРИК)". Оружие и технологии России. Энциклопедия. XXI век. Противовоздушная и противоракетная оборона. Том IX. М.: "Оружие и технологии". 2004. С.385].The essence of the proposed technical solution is illustrated by figures 1-13, which shows a radar antenna with a reduced effective scattering area, as well as the results of experimental studies of its model in the conditions of the Reference Radar Measurement Complex of the SIC (Tver) 4 CRI of the Ministry of Defense of Russia ["Reference Radar Measurement Complex Open Type (ERIC). " Weapons and technology of Russia. Encyclopedia. XXI Century. Air defense and missile defense. Volume IX. M .: "Weapons and technology." 2004. S. 385].

На фиг.1 приведена схема известной радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния.Figure 1 shows a diagram of a known radar antenna with a reduced effective scattering area.

На фиг.2 - схема предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния.Figure 2 - diagram of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area.

На фиг.3 - схема двухчастотной совмещенной АФАР.Figure 3 - diagram of a dual-frequency combined AFAR.

На фиг.4 - эквивалентная схема резонансного радиопоглощающего покрытия на основе одномерной дипольной решетки.Figure 4 is an equivalent circuit of a resonant radar absorbing coating based on a one-dimensional dipole lattice.

На фиг.5 - зависимость коэффициента отражения радиопоглощающего покрытия на основе одномерной дипольной решетки от частоты.Figure 5 - frequency dependence of the reflection coefficient of a radar absorbing coating based on a one-dimensional dipole lattice.

На фиг.6 - зависимость коэффициента отражения одномерной дипольной решетки от угла падения (0 - соответствует падению по нормали к решетке).Figure 6 - dependence of the reflection coefficient of a one-dimensional dipole lattice on the angle of incidence (0 - corresponds to the fall along the normal to the lattice).

На фиг.7 - угловая зависимость коэффициента отражения одномерной дипольной решетки для волны с разной поляризацией.7 is an angular dependence of the reflection coefficient of a one-dimensional dipole lattice for a wave with different polarization.

На фиг.8 - угловая зависимость коэффициента отражения решетки из линейных и крестообразных диполей.On Fig - angular dependence of the reflection coefficient of the lattice of linear and cross-shaped dipoles.

На фиг.9 - варианты сетчатой структуры с косоугольной (а) и треугольной (б) ячейкой.Figure 9 - options mesh structure with an oblique (a) and triangular (b) cell.

На фиг.10 - геометрия элементов модели предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, где для λ0=3,2 см; l≈15 мм; d≈1,5 мм; b≈5 мм; h≈8 мм.Figure 10 - geometry of the model elements of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area, where for λ 0 = 3.2 cm; l≈15 mm; d≈1.5 mm; b≈5 mm; h≈8 mm.

На фиг.11 - фотография модели предлагаемой радиолокационной антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния.11 is a photograph of a model of the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area.

На фиг.12 - схема проведения эксперимента, где известная антенна (а) представляет собой металлический диск диаметром 12,5λ0, моделирующий 212 лежащих в одной плоскости излучателей (2), а предлагаемая антенна (б) - тот же диск, но с расположенной перед ним двумерно-периодической сетчатой структурой из линейных дипольных решеток (4).On Fig - scheme of the experiment, where the known antenna (a) is a metal disk with a diameter of 12.5λ 0, simulating 212 emitters (2) lying in the same plane, and the proposed antenna (b) is the same disk, but with located in front of it is a two-dimensional periodic mesh structure of linear dipole lattices (4).

На фиг.13 - результаты экспериментальных исследований: диаграммы обратного отражения (а) модели известной (k) и предлагаемой (l и m) антенны на длине волны λ=3,2 см при вертикальной поляризации радиоизлучения, а также соответствующие им законы распределения значений ЭПР (б) в секторе углов наблюдения 0±5°. Вариант (l), когда вектор электрического поля ориентирован вдоль половины числа всех диполей. Вариант (m), когда вектор ориентирован под углом 45° ко всем диполям.In Fig.13 - the results of experimental studies: backward reflection diagrams (a) of the model of the known (k) and proposed (l and m) antennas at a wavelength of λ = 3.2 cm with vertical polarization of radio emission, as well as the corresponding laws of distribution of EPR values (b) in the sector of observation angles 0 ± 5 °. Option (l), when the electric field vector is oriented along half the number of all dipoles. Option (m), when the vector is oriented at an angle of 45 ° to all dipoles.

Анализ результатов позволяет сделать вывод о том, что предлагаемая радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния по сравнению с известной антенной-прототипом имеет меньшие значения ЭПР (по уровню вероятности 0,5) в секторе локации 0±5° относительно нормали к раскрыву антенны на 5,6 и 3,5 дБ (для наиболее и менее эффективного вариантов положения вектора поляризации радиоизлучения соответственно).An analysis of the results allows us to conclude that the proposed radar antenna with a reduced effective scattering area compared to the known prototype antenna has lower EPR values (in probability level 0.5) in the location sector 0 ± 5 ° relative to the normal to the antenna opening by 5 , 6 and 3.5 dB (for the most and less effective options for the position of the polarization vector of the radio emission, respectively).

Реализация заявляемой антенны с уменьшенной эффективной площадью рассеяния не представляет трудностей. Очевидно, что изобретение не ограничивается вышеизложенным примером его осуществления. Исходя из его схемы, могут быть предусмотрены и другие варианты его осуществления, не выходящие за рамки изобретения.Implementation of the inventive antenna with a reduced effective scattering area is not difficult. Obviously, the invention is not limited to the foregoing example of its implementation. Based on its scheme, other options for its implementation may be provided, without going beyond the scope of the invention.

Устройство целесообразно использовать в организациях, занимающихся проектированием антенных радиолокационных систем.The device is advisable to use in organizations involved in the design of antenna radar systems.

Claims (1)

Радиолокационная антенна с уменьшенной эффективной площадью рассеяния, содержащая минимум один излучатель, работающий в заданной полосе рабочих частот, размещенные перед излучателем в одной плоскости устройства частотной селекции с полосовыми характеристиками, позволяющими пропускать электромагнитное излучение в полосе рабочих частот, а за пределами этой полосы отражать излучение, отличающаяся тем, что между излучателями, соизмеримыми с рабочей длиной волны λ0, на расстоянии h от них в одной плоскости размещают линейные решетки из одинаковых диполей длиной l и диаметром сечения d, образующие плоскую двумерно-периодическую сетчатую структуру с перекрестьями, совпадающими с серединой зазоров между диполями величиной b, при этом численные значения h, l, d и b выбирают из соотношений
h≈λ0/4, l≈0,5λ0, d≈0,05λ0, b≥0,1λ0, где
λ0 - средняя рабочая длина волны излучателей антенны,
l - длина диполя,
d - диаметр сечения диполя,
b - величина зазора между диполями в решетке.
A radar antenna with a reduced effective scattering area, containing at least one emitter operating in a given operating frequency band, placed in front of the emitter in the same plane of a frequency selection device with band characteristics that allow transmission of electromagnetic radiation in the operating frequency band, and reflecting radiation outside this band, characterized in that between the emitters, commensurate with the working wavelength λ 0 , at a distance h from them in the same plane are placed linear gratings of about identical dipoles of length l and cross-sectional diameter d, forming a flat two-dimensional-periodic mesh structure with crosshairs that coincide with the middle of the gaps between dipoles of magnitude b, while the numerical values of h, l, d and b are selected from the relations
h≈λ 0/4, l≈0,5λ 0, d≈0,05λ 0, b≥0,1λ 0, where
λ 0 - average working wavelength of the emitters of the antenna,
l is the length of the dipole,
d is the diameter of the cross section of the dipole,
b is the gap between the dipoles in the lattice.
RU2013116873/08A 2013-04-12 2013-04-12 Radar antenna with reduced scattering cross-section RU2526741C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116873/08A RU2526741C1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Radar antenna with reduced scattering cross-section

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013116873/08A RU2526741C1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Radar antenna with reduced scattering cross-section

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2526741C1 true RU2526741C1 (en) 2014-08-27

Family

ID=51456243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013116873/08A RU2526741C1 (en) 2013-04-12 2013-04-12 Radar antenna with reduced scattering cross-section

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2526741C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589250C1 (en) * 2015-05-26 2016-07-10 Алексей Сергеевич Грибков Radar antenna with reduced radar cross-section

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94031192A (en) * 1994-08-19 1996-06-20 Центр непрерывной целевой радиотехнической подготовки специалистов Flat microstrip antenna lattice
US6678210B2 (en) * 2001-08-28 2004-01-13 Rowe-Deines Instruments, Inc. Frequency division beamforming for sonar arrays
RU2305879C2 (en) * 2005-11-15 2007-09-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" Scanning antenna array
US7656359B2 (en) * 2006-05-24 2010-02-02 Wavebender, Inc. Apparatus and method for antenna RF feed

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94031192A (en) * 1994-08-19 1996-06-20 Центр непрерывной целевой радиотехнической подготовки специалистов Flat microstrip antenna lattice
US6678210B2 (en) * 2001-08-28 2004-01-13 Rowe-Deines Instruments, Inc. Frequency division beamforming for sonar arrays
RU2305879C2 (en) * 2005-11-15 2007-09-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" Scanning antenna array
US7656359B2 (en) * 2006-05-24 2010-02-02 Wavebender, Inc. Apparatus and method for antenna RF feed

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2589250C1 (en) * 2015-05-26 2016-07-10 Алексей Сергеевич Грибков Radar antenna with reduced radar cross-section

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Genovesi et al. Wideband radar cross section reduction of slot antennas arrays
KR20100045824A (en) Microstrip patch antenna and microstrip patch array antenna of low radar cross section
Patil et al. Gain improvement of lower UWB monopole antenna using FSS layer
CN105762528A (en) High-aperture efficiency reflect array antenna
d'Elia et al. A physical optics approach to the analysis of large frequency selective radomes
Brandão et al. FSS-based dual-band cassegrain parabolic antenna for RadarCom applications
US11728570B2 (en) Electromagnetic bandgap isolation systems and methods
US9899745B2 (en) Low profile high efficiency multi-band reflector antennas
US20150009084A1 (en) Electromagnetic band gap device
RU2526741C1 (en) Radar antenna with reduced scattering cross-section
GB2539279A (en) Frequency selective surface for reducing antenna coupling
Kothapudi et al. Design of 0.73 λ inter-element spacing linear array for 0.43 GHz P/UHF-band tropospheric radar wind profiler
RU2589250C1 (en) Radar antenna with reduced radar cross-section
Grinev et al. Stop-band frequency-selective structures for controlling back-scattering pattern of L-band linear antenna arrays
RU2278453C1 (en) Radar antenna of reduced effective dissipation area
RU2400882C1 (en) Radar antenna with decreased effective scattering area
Hand et al. Dual-band shared aperture reflector/reflectarray antenna: Designs, technologies and demonstrations for nasa's ACE radar
US8164505B2 (en) Structure for reducing scattering of electromagnetic waves
Nechaev et al. Investigation of characteristics of planar leaky-wave antenna arrays designed for broadside radiation
Mazur et al. Performance of cross-polarization filter dedicated for slotted waveguide antenna array
RU2369530C1 (en) Device for reducing effective scattering area of aircraft engine channel
Belous et al. Antennas and antenna devices for radar location and radio communication
RU2640321C1 (en) Method of increasing radar cross-section of radar objects
De et al. Design and development of a unit element planar folded dipole end-fired antenna for aircraft collision avoidance system
Kaur et al. Radar Cross Section Reduction Techniques using Metamaterials

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150413