Отражатель радиолокационных сигналов

(21) 4804563/ (22) 20.03,90 (46) 15.12,92, (71) Чистопо логическое бю (72) В. Ю.Богд (56) Патент Ф кл. Н 01 03/ юл. %46ское конс о " Векто нов, А.Г,Ванции М 2 , 1985,трукторско-технролков и С,Я.Цои582157,АДИОЛО КАЦИ ОН Н ЫХ осится к радиотехнике создания отражателей игналов на основе линьзуемых в качестве на(54) ОТРАЖАТЕЛЬ РСИГНАЛОВ(57) Изобретение отни предназначено длярадиолокационных сзы Люнеберга, испол Изобретение относится к радиотехнике, а именно для создания линзовых антенн и. отражателей радиолокационных сигналов на основе линзы Люнеберга и может быть . использовано для изготовления навигационных знаков, маркеров и буев при управлении движением преимущественно морского транспорта.Известны конструкции отражателей, построенные на основе диэлектрической линзы Люнеберга, позволяющие получать высокие значения эффективной площади рассеивания(ЭПР) в широких пределах угла места независимо от азимута.Однако на практике не удается реализовать плавного изменения относительной диэлектрической проницаемости вдоль радиуса линзы от величины е = 1 на поверхностидоя=2 в центрелинзы, обеспечив при этом необходимые требования по механической прочности и эксплуатационной надежности конструкций. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ.ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ 2вигационных знаков, маркеров и буев при управлении движением водного транспорта. Целью изобретения является повышение механической прочности и эксплуатационной надежности, Отражатель радиолокационных сигналов выполнен в виде расходящихся от центра диэлектрических пластин одинаковой толщины и диэлектрических оболочек переменной толщины, которые установлены концентрично друг относительно друга с равным шагом и скреплены с диэлектрическими пластинами через взаимосопрягаемые прорези. Толщина диэлектрических оболочек выбирается из математического выражения. 3 ил. Известны высокопрочные конструкции отражателей в виде трех пересекающихся металлических дисков, заключенных в шаре диэлектрика. Однако данные уголковые отражатели пригодны лишь для установки в морских проливах или других узких местах из-за наличия широких провалов в диаграммах направленности.Наиболее близкой к предлагаемой конструкции отражателя радиолокационных сигналов по технической сущности и достигаемому результату является конструкция, представляющая собой цилиндрическую линзу, показатель преломления которой изменяется по радиусу иэ-за наличия расходящихся от центра диэлектрических пластин с толщинами, уменьшающимися от центра к периферии линзы. Данная конструкция линзы может быть создана беэ применения пенопластов, что позволит увеличить механическую прочность и эксплуатационную надежность.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Однако получение закона распределения показателя преломления линзы соответствующего рефлектору Люнеберга приводит к образованию достаточно тонких пластин по отношению к их длине.Как показывают расчеты, чем выше (е)2) диэлектрическая проницаемость материала, тем меньше механическая прочность и эксплуатационная надежность,Целью изобретения являетсяпйовышение механической прочностии эксплуатационной надежности конструкции отражателя на основе рефлектора Люнеберга.Указанная цель достигается тем, что расходящиеся от центра диэлектрические пластины выполняются одинаковой толщины, вводятся диэлектрические оболочки переменной толщины, которые устанавливаются концентрично друг отно сительно друга с равным шагом и скрепляются с диэлектрическа-ими пластинами через . взаимосопрягаемые прорези, причем толщина диэлектрических оболочек й выбирается равной б; - ,--(2- а)(2-(21-1) а)-2 ф1 ( а 1 охп-(1+1) аб) 1где =.2.п) - порядковый номер диэлектрической оболочки переменной толщины, отсчитываемый от наружной оболочки;2)т)5 - число диэлектрических оболочек переменных толщин;бо - толщина наружной оболочки, равная 0,2(бо(0,8 мм;а- угол между пластинами в радианах,выбираемый из условия а гп 1;1 = а б - шаг между диэлектрическимиоболочками переменной толщины;а - радиус отражателя радиолокацион - -ных сигналов;е - относительная диэлектрическаяпроницаемость материала диэлектрическихпластин и диэлектрических оболочек пере, менной толщины; и - толщина диэлектрических пластин, Новыми существенными признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа являются: диэлектрические пластины выполнены одинаковой толщины, диэлектрические оболочки - переменной толщины, выбираемой по определенной формуле; диэлектрические оболочки установлены концентрично друг относительно друга с равным шагом; диэлектрические пластины и оболочки соединяются между собой через взаимосопрягаемые прорези; соотношение, по которому определяется тол щи на оболочки.Докажем возможность достижения положительного эффекта,Конструкция линзы представляет собой ячеистую неоднородную структуру с центральной симметрией, поэтому она может быть выполнена в виде цилиндра (фиг.1) или шара (фиг,2). Пластины 1 линзы состоят из. конструкционного диэлектрика с диэлектрической проницаемостью е = 2,24,5 и малым тангенсом легла диэлектрических потерь тдд=(0,2.1)к 10 . Оболочки 2 состоятизтого же конструкционного материала. Пластины вставлены в прорези оболочек и закреплены прорезями в пластинах. Данная решетчатая конструкция помещена в обтекателе 3 с отражающим (токопроводящим) слоем 4. В итоге образована регулярная решетчатая . конструкция с равномерным распределением механической нагрузки вдоль радиальных и тантенциальных направлений через взаимоскрепленные детали, имеющая преимущества в прочностных и эксплуатационных характеристиках по сравнению с конструкцией прототипа. Конструкция отражателя в виде решетчатой структуры позволяет получить наибольшее приближение к требуемому закону коэффициента преломления вдоль радиуса линзы и позволяет осуществить сборку деталей без клея и дополнительной механической обработки. Это позволяет значительно сократить стоимость линзовых антенн и отражателей и увеличить их габаритные размеры для получения более высоких ЭПР, Кроме того, решетчатые конструкции с дренажными или вентилируемыми отверстиями сохраняют работоспособность при воздействии сорбционной влажности, мощных электромагнитных полей, Неоднородная структура линзы, состоящая из диэлектрика с однородными Свойствами обладает при выполнении заявляемого соотношения показателем преломлениями(Й) изменяющегося по закону:а)й)=12-(Ва),: " . (1) где а - радиус рефлектора;В - текущий радиус.В самом деле, учитывая центральную симметрию конструкции линзы, рассмот-. рим схему представленную на фиг.З,Примем следующие обозначения: )1,12 - длина дуг оболочек, заключенных в секторе;Ь - длина дуги обтекателя в секторе и расстояние между оболочками линзы (10 = =а а);Очевидно, что угол а с учетом данногоусловия необходимо выбирать таким обре. от 31,.угЬ - площади частей секторов; 01,0 г 0 - площади частей секторов,заполненных диэлектриком; б 1,бг,б 1 - толщины оболочек; бо - толщина обтекателя. Выразим кажущуюся диэлектрическуюпроницаемость части сектора номера 1 через геометрические параметры конструкции и диэлектрическую проницаемостьматериала, ю - 0 + 0 - 0 (е - 1)+1(2) Выразим длины дуг оболочек, заключенных в секторе а через радиус отражателя а: 1; = а(ао) = 1,(1-1 а ) (3) Находим площади частей секторов: гЯ = 2 а (1-1)1 оЦа) = о (2-(2 ь 1) а (4)2Находим площади секторов, заполненных диэлектриком; б 1 - 1 б 1 1 0 = 1.Ь+ 1;.1+ - 1; = 1 о(Ь+ - (бь 1(1-/12 2 2-1/ а)б 1- а (5) После несложных преобразований получаем: е - 1 я= х о .+ 1 (6) г ь+а - 1(1 - ( - 1)и) +Ф(1 - а)Представляя текущий радиус для решетчатой конструкции в виде:В = а(1-1 а) (7) получим: я=1+ а(2-1 а ) (8)Далее после несложных преобразований находим рекуррентную формулу для определения толщины оболочек; Ф = .- т (2-1 Ц 2-(21-1) аЬ-(1+1) 1 Г а 1 о 1-аяхабь 1) (9)Толщина диэлектрических пластин Й выбирается в зависимости от материала диэлектрика и требований к механической прочности. Но далее, чтобы линза отражателя имела требуемый закон коэффициента преломления вдоль радиуса необходимо выбрать соответствующие толщины б оболочек. Этот выбор осуществляется с помощью приведенного соотношения.Угол а выбирается из следующего известного соотношения;Апи зом, чтобы окружность делилась на равныеотрезки.а = , К =; К = К - в об(К,2) + 2,2 л, 2 л,5 где К - число расходящихся от центра пластин;аоб(К,2) - оператор, представляющийсобой остаток от деления чисел.Число оболочек 1 согласно фиг.3 нахо 10 дится по формуле: 1= а/1 о или с учетом соотношения (9)1 = (1 + 3 п 0 щах) - -аБТакже очевидно, что число оболочек должно15 быть целым в связи с чемп 1 = Йоо(гп) - 1,где Лоо(а) - наибольшее целое не превосходящее число а.По результатам расчетов б согласно за 20 являемому соотношению установлено, чтоа 5 - из условий не более 5; погрешностивычисления по приведенному в формулеизобретения соотношению.в)2 - из условия выполнения заданного25 закона показателя преломления.По результатам расчетов выбран интервал значений толщины наружной оболочкилинзы, исходя из условий механическойпрочности (нижний предел б)0,2 мм), и ус 30 ловий получения приемлемых неотрицательных значений для б (верхний пределб 0,8 мм).В качестве проверки возможности построения предлагаемых конструкций отра 35 жателей разработан цилиндрический макет.Макет изготавливается из текстолита с диэлектрической проницаемостью е = 4,5,14=-з10 толщиной Ь = 1,5 мм и плотностьюр= 1,5 г/см, Цилиндрические оболочки 240 изготавливаются намоткой размерами б 1 =-50; й =1,0 Я 4 =25. В оболочках выполняются прорезитолщиной Ь=1,5 ммдосерединыобразующих цилиндра, в шахматном поряд 45 ке, В пластинах 1 выполняются взаимосопрягаемые прорези толщинами 1,6; 3,3; 2,4;1,0,Собранная решетчатая конструкция помещается в цилиндрический обтекатель 3,50 на внутреннюю поверхность которого наносится токопроводящий слой, например, ввиде параллельных полос под углом 45 О кобразующей цилиндра,Данный макет радиолокационного от 55 ражателя имеет высокую ЭПР (более 250 м )не зависящую от азимутального направления для соответствующих плоскополяризованных волн.Результаты испытаний по определениюойкости к воздействию климатическихфакторов и эксплуатационных механических нагрузок показывают, что Несущая способность линзы макета, в том числе без обтекателя, обеспечивается при статически распределенных нагрузках Р)0,9 кг/см.Распределение плотности вдоль радиуса макета, которое подтверждается расчетной формулой: от 0,1 д ется тя внешн ению у ии, ка е веса личени атериа рвале сключа ыхлая повыш вибрац ижени ри уве МОСТИ М ния ных сигнаерга с отраФормула изоб Отражатель радиоло лов, содержащий линзу Л жающим слоем, выпо расходящихся от центра пластин, отл ича ющ целью повышения механ и эксплуатационной над рете эцио юнеб ненн диэл ийс ческо жнос+1,3 10находится в интеСледовательно, ьральное ядро и рчто способствуетконструкции при, Отмечено, что сосуществляется ической проницае 04 У 3 желое центяя оболочка, СтойчивОСти чке и тряске.отражателя и диэлектрила линзы,ую в виде ектрических тем, что, с и прочности и, диэлект-1 а)2-(21 рические пластины выполнены одинаковой толщины, введены диэлектрические оболочки переменной толщины, которые установлены концентрично друг относительно 5 друга с равным шагом и скреплены сдиэлектрическими пластинами через взаимосопрягаемые прорези, причем толщина диэлектрических оболочек с 1 выбирается равной10 1 1 а 1 Оф= 1 1 а -- ,г 2 1)а).2 к. ъсЬ+1) а)бь 1где 1= 2 в - Орядковый номер диэлектрической оболочки переменной толщины, от считываемой от наружной оболочки;2 а 5 - число диэлектрических оболочек переменной толщины;с 10 - толщина наружной оболочки, равная 0,2 мм(с 1 о 0,8 мм;20 а - угол между диэлектрическими пластинами в радианах, выбираемый из условия а в 1;1 о = аа - шаг между диэлектрическимиоболочками переменной толщины;25 а - радиус отражателя радиолокационных сигналов;е - относительная диэлектрическаяпроницаемость материала диэлектрических пластин и диэлектрических оболочек переЗ 0 менной толщины;Ь - толщина диэлектрических пластин..Мус Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 4278 ВНИИП оставитель А,Волк ехред М,Моргентал Тираж . Подписноесударственного комитета оо изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5