РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ, ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ (1087875), страница 30

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 30)

Разработан новый метод определения характеристик отражения от РПП в виде структур из дискретных поглощающих элементов. Для однослойных и многослойных структур определены: коэффициент отражения, эффективное значение проницаемости и их частотные зависимости. Показано, что степень частотной зависимости эффективных значений проницаемости определяется электродинамическими и геометрическими параметрами. Полученные численные результаты показывают, что структуры на основе коллинеарных нитей могут быть использованы в качестве элементов тонких широкополосных РПП. Наряду с поглощением энергии волны, они обеспечивают необходимую для создания сверхширокополосных РПП сильную дисперсию действительной части эффективной диэлектрической проницаемости.

Применение развитой в работе методики оптимизации позволило расширить полосу используемых частот покрытий на 20-30%. Использование процедуры оптимизации коэффициента отражения уменьшило его значение на 20%. Вес 1 м² покрытия снижен в 1,2-1,5 раза по сравнению с прототипом. Применение искусственного материала с поглощающими включениями позволило снизить отражение от РПП на 20-25%. Метод широкополосного согласования для антенных обтекателей обеспечил устойчивое прохождение сигнала в полосе частот, увеличенной до ± 40% от средней. Коэффициент отражения не превысил допустимые пределы для углов падения до ± 60⁰ от нормали.

Результаты теоретических разработок позволяют создавать:

тонкие широкополосные РПП с требуемым коэффициентом отражения на заданных частотах или в заданном диапазоне частот;

- сверхширокополосные РПП, предназначенные, в том числе, для защиты от широкополосных зондирующих сигналов, включая сверхкороткие импульсы;

- РПП, предназначенные для защиты от наклонно падающих волн различной поляризации в широком секторе углов падения;

- тонкие радиопрозрачные антенные обтекатели, работающие в широком секторе углов падения волн, просветляющие линзовые покрытия для оптического и ИК диапазонов.

1. Два линейно независимых решения волнового уравнения для неоднородных вдоль

одного направления магнитодиэлектрических сред единственным (с точностью до константы) образом выражаются с помощью одной функции в виде двух волн, распространяющихся

в противоположных направлениях. Все основные требования к электродинамическим характеристикам покрытий сводятся к условиям, налагаемым на введенную функцию g(z).

1. Специальные граничные условия, налагаемые на функцию g(z), обеспечивают создание

неоднородного слоя, от которого падающая волна не отражается, несмотря на скачок значения

проницаемости на его границе со свободным пространством.

3. Задачи оптимизации распределений проницаемостей по толщине плоских плавно неоднородных покрытий по заданным характеристикам отражения и прохождения волн поставлены как задачи поиска функции g(z) с ограничениями.

4. Требуемая для создания сверхширокополосных РПП физически реализуемая дисперсионная зависимость эффективной диэлектрической проницаемости обеспечивается: - путём оптимизации толщины покрытия; - с помощью оптимизации геометрических и электродинамических параметров структур из тонких дискретных поглощающих элементов.

16.4. Поглощающие и интерференционные покрытия и материалы.

Принцип действия поглощающих покрытий основан на использовании эффекта преобразования энергии падающих электромагнитных волн в тепловую и другие виды энергии. Известно, что при распространении волны в поглощающей среде с диэлектрической и магнитной комплексными проницаемостями

(5.7)

в направлении оси координат Z напряженности поля имеют вид

(5.8,а)

(5.8,б)

где - волновое число; - комплексный показатель преломления; отношение - комплексное волновое сопротивление среды.

Амплитуда колебаний при этом убывает по экспоненциальному закону:

Часто проницаемости представляют в виде

,

Принимая во внимание (5,7), получаем для ε’ и ε” соотношения

где δ_ε определяется из соотношения . Аналогично определяется и δ_μ. Углы δ_ε и δ_μ носят названия углов потерь.

Поскольку ПРЛП наносятся на металлические поверхности, найдем коэффициент отражения от плоского слоя магнитодиэлектрика толщиной d , нанесенного на плоский металлический экран. На рис.5.4 показаны падающая и отраженная волны в свободном пространстве (Z<0) и в магнитодиэлектрике. (Z > 0). Граничные условия на поверхностях Z = 0 и Z=d приводят к системе уравнений:

(16.9)

После несложных преобразований получаем коэффициент отражения R по полю в виде

, (16.10)

где - гиперболический тангенс.

Рис.5.4.

Аналогично проводится расчет многослойных плоских структур: записывается система линейных уравнений, получаемая из условий непрерывности на каждой границе плоских слоев. Затем система решается относительно коэффициента отражения R. . Однако для ПРЛП, имеющего более трех слоев, аналитические выражения становятся очень громоздкими. Расчеты в этом случае обычно проводятся численно.

Модуль коэффициента отражения |R| сильно зависит от длины волны излучения. При нормальном падении минимумы имеют место при толщине покрытия:

, (16.11)

где λ_в - длина волны в веществе покрытия, m=0,1,2,… ,

что объясняется интерференцией двух волн: отраженных от границ воздух–диэлектрик и диэлектрик–металл. Когда эти две волны складываются в противофазе (5.3), результирующая волна, отраженная в направлении на РЛС, минимальна. Наиболее тонкое покрытие, обеспечивающее минимум |R|, имеет толщину

, (16.12)

где n – показатель преломления покрытия.

Характерный вид |R| в зависимости от отношения представлен на рис. 5.5.

Рис.16.5.

Основная часть энергии поглощается в максимумах напряженности электрического поля за счет мнимой составлявшей диэлектрической проницаемости. Следовательно, диэлектрические покрытия толщиной менее λ/4n (см.(5.12)) малоэффективны. У магнитодиэлектрических покрытий за счет мнимой составляющей μ поглощение происходит в максимумах магнитного поля, т.е. у поверхности металлической подложки и в слоях далее по слою через каждые λ/2n. Следовательно, магнито-диэлектрические покрытия могут иметь меньшую толщину при той же эффективности. Наиболее эффективны (из однослойных) покрытия, имеющие достаточно большие значения ε" и μ". На рис. 5.6 представлена экспериментальная зависимость коэффициента отражения от длины волны для английского покрытия типа MXI. Покрытие имеет толщину d = 2 мм, вес 7 кг/м². Покрытие состоит из смеси каучука с карбонильным железом.

Рис.16.6.

Основным недостатком интерференционных однослойных покрытий является их малая частотная диапазонность. Для расширения полосы рабочих частот интерференционные покрытия делаются многослойными. Толщина каждого слоя выбирается из условия сложения в противофазе волн, отражённых от обеих границ слоя. Концентрация поглощающего материала увеличивается от слоя к слою. Таким способом удается увеличить раюочий диапазон волн покрытий в 3 - 4 раза. Подобные покрытия наиболее эффективны при нормальном падении волны. Они уменьшают отраженную электромагнитную энергию в несколько десятков и даже сотен раз. В случае же прихода волны с других направлений коэффициент отражения может резко возрасти. На рис. 5.7 приведена такая зависимость для уже описывавшегося покрытия типа MXI. Изменение |R| объясняется изменением коэффициента отражения от границ плоских слоев.

Рис.16.7.

Второй причиной изменения |R| при отражении от плоскослоистых ПРЛП при изменении угла падения является смещение расположения максимумов электрического и магнитного полей интерферирующих отраженных волн.

Покрытия с малой толщиной и хорошей для интерференционных ПРЛП широкополосностью в настоящее время часто выполняются на основе различных ферритов. Покрытия из ферритовых материалов отличаются устойчивостью к резкому изменению условий окружающей среды.

В качестве интерференционных покрытий могут также применяться очень тонкие металлические пленки или сети, помещенные на расстоянии четверти длины волны от защищаемого объекта. Поглощение энергии происходит в этом случае в скин-слое.

Делались и делаются попытки создать специальные радиопоглощающие краски и ткани. В ФРГ разработана радиопоглощающая ткань, из которой изготавливается маскирующее полотно со слоистой сетчатой структурой. Ячейки ткани заполнены графитовым порошком вместе со связующей массой. Ткань состоит из 3-5 слоев, имеющих различные размеры ячеек. Такой тканью можно маскировать от радиолокационного и оптического обнаружения танки, орудия, ракетные установки, самолеты на аэродроме и т.д. Поглощающие и интерференционные материалы и конструкции из них должны обеспечивать плавное изменение диэлектрической и магнитной проницаемостей от значений ε = μ = 1 на внешней границе покрытия до значений ε(Z) и μ(Z), обеспечиваю­щих практически полное поглощение падающих волн в толще покрытия.

Изменения комплексных ε(Z) и μ(Z) должны происходить на интервале большем длины волны. Поэтому поглощающие покрытия имеют большую толщину.

Форме поверхности поглощающего покрытия часто придают рельефный вид. Это могут быть шипы, имеющие форму конуса или пирамида, шахтные структуры (рис. 5.8).

Рис.16.8.

При такой форме поверхности возможно неоднократное отражение волны от ПРЛП, что обеспечивает дополнительное поглощение. Кроме того, существенно увеличивается диапазон углов, в котором обеспечивается низкий уровень коэффициента отражения.

Характеристики

Список файлов книги