Финкельштейн М.И. Основы радиолокации (1983) (1151793), страница 25
Текст из файла (страница 25)
3.3. ИСКУССТВЕННЫЕ ОТРАЖЛТЕЛИ 1. Искусственные цели. В ряде случаев требуется создание специальных искусственных -целей. Часто требуется искусственное увеличение интенсивности вторичного излучения. Зто, например, относится к искусственным отражателям, устанавливаемым в определенных местах земной поверхности в качестве навигационных знаков. Важным применением искусственных отражателей является нх использование при проверке и калибровке РЛС.
Наиболее известными искусственными отражателями являются уголковые. Рассмотрим двугранный уголковый отражатель (рис. 3.9). При достаточно большом отношении его размеров к длине волны можно воспользоваться методами геометрической оптики. Прн этом падающий луч / огра>кается от одной грани в точке Л, попадает па другую грань, где после отражения в точке В распространястся, как видно на рис, 3.9, в обратном направлении (луч 2). Нетрудно показать, что прп произвольном угле О отражатель действует, как спнфазная пластина, образованная в плоскости РР, перпендикулярной направлению облучения (эквивалентная синфазпая апертура). Действительно, так как Л0 =- ЛВ соз"" О, а ВС = ЛВ з(пз О, то Л0 + ВС = ЛВ, т.
е. при любом О отражение от границ уголка можно заме- 142 нить отражением от эквивалентной пластины, лежащей в плоскости РР. Заметим, что при 0(45 крайний падающий на горизонтальную грань луч 3 дает отраженный луч 4, попадающий в точку Р вертикальной грани, и участок этой грани выше точки Р остается неиспользованным. Поэтому действующий размер эквивалентной пластины Е'Р' определяется путем проектирования на плоскость РР полной горизонтальной грани уголка ОЕ, имеющей площадь 5„р, и ча- в сти вертикальной грани ОР, имеющей площадь 5,р 1я О.
Отсюда искомая площадь при О ( 45' 5, = 5, з!п О + -1-5, 1пО ° соз О =25„„з!пО. г Максимального значения л О. л в ~ с эта площадь достигает при Я О = 48' (5, = )г'2 5„р). При О в 45 площадь уменьшается соответственно. Таким образом, максимальная ЭОП рис. з.э. к оьияенению отрави гоаи= 4п5,'йв =- 8п5грйв. мгении от нвУгРанного Угамио.
Рассмотренные представления геометрической оптики действуют до углов, близких к О = 0', 90', где необходимо учитывать дифракционные явления. Двугранный уголковый отражатель обладает существенным недостатком — узкой ДОР в плоскости, проходящей через ребро уголка. ДОР расширяется, если использовать уголок с ребром, изогнутым, например, по окружности !биконический отражатель). Наиболее распространены трехгранные уголковые отражатели, обеспечивающие большую ЭОП при малых размерах и относительно слабую направленность.
На рис. 3.10 показаны трн разновидности подобных отражателей: с треугольными гранями, гранями в виде прямоугольных секторов круга, с квадратными гранями. На рис. 3.!О, а показано прохождение лучей после трех отражений. Максимум обратного отражения совпадает с осью, проходящей через вершину и перпендикулярной плоскости раскрыва. Расчет ЭОП трехгранного уголкового отражателя производится аналогично тому, как это сделано выше, т. е. путем нахождения площади эквивалентной пластины 5,. В случае отражателя с треугольными гранями для направле- 143 ния максимума образуется 6-угольная эквивалентная пластина (заштрихована на рис.
3.10, б) площадью Яв = = аау~ 3, где а — длина ребра. Соответственно максималь- 4 аа ное значение ЭОП аца = — л —,. Для двух других уголковых отРажателей пРи одинаковой длине РебРа о„а.' пцо. 'ацс1 = = 1: 4: 9. Заметим, что из соотношения оц аа следует, как будет показано в $ 6.1, п. 1, что дальность РЛС прямо пропорциональна длине ребра отражателя а. Такое соотношение является весьма благоприятным.
б~ оу г) Рнс. 3.10. Разновидности уголиовых отражателей Достоинством отражателя с квадратными гранями является в 9 раз большее значение ЭОП, чем для отражателя с треугольными гранями. Однако отражатель с треугольными гранями имеет более широкую ДОР (42 при треугольных гранях; 39 при секторных; 32 при квадратных). Для создания более равномерной ДОР уголковых отражателей на их краях могут быть установлены дополнительные отражатели либо применены конструкции из нескольких уголков. Важное значение имеет точность изготовления уголкового отражателя.
Чем больше линейные размеры граней, тем точнее должен быть выдержан угол 90' между ними. Так, для уголка с треугольными гранями при а/Х = 40 неточность в 1' уменьшает величину он на 15 дБ, а при ай = = 20 такое уменьшение соответствует погрешности в 1,7 ...2'. Расширение ДОР по сравнению с уголковыми отражателямн обеспечивает линзовый отражатель. Линза такого отражателя (линза Люнеберга) представляет собой диэлектрический шар, у которого относительная диэлектрическая проницаемость наружного слоя близка к единице и возрастает до двух с увеличением глубины слоя. Линза фокусирует падающий иа нее параллельный пучок лучей в точку на противоположной ее поверхности, где установлен экран (рис. 3.11). Отраженные экраном лучи параллельны пада- 144 ющим. ЗОП линзового отражателя радиуса Я вычисляется по формуле оц = 4па/са/)ьв.
Ширина ДОР зависит от размеров экрана и максимальна (172' на уровне 0,5) при экране, занимающем 172'. 2. Противорадиолокационные покрытия. Для измерения ЭОП на моделях, а также для испытания РЛС необходимы так называемые безэховые камеры, стены которых выложены неотражающими противорадиолокационными покрытиями. Такие же покрытия необходимы для защиты обслуживающего персонала от облучения.
а) Рис, 3.11. Линзовый от. ражатель Рнс. 3.12. Противорадиолонацнонные покрытия в виде пирамид (о) н интерференционное (б) Коэффициент отражения (коэффициент Френеля) при нормальном падении плоской волны на границе воздух— покрытие Й = (1 — ~/ е/)ь)/ (1 + $ е/)з), (где е, р — относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости покрытия) равен нулю при $ е/р = 1, что практически получить трудно, так как обычно )аж 1 и, значит, требуется еж1, Обычно для этих целей применяется пенопластовый каркас с наполнителем, хорошо поглощающим радиоволны, причем плотность материала и концентрация поглотителя должны возрастать с глубиной.
Радиопоглощающий материал наиболее удобен в виде пирамид (рис. 3.12, а) с углом при вершине 30' ...60', что обеспечивает многократные переотражения, увеличивающие поглощение.. Для снижения коэффициента отражения на 20 дБ высота пирамид должна быть (0,5 ...0,6))ь, однако для снижения на 50 дБ требуется высота (7 ...10)),. На Меньшую толщину, но в гораздо более узком диапазоне частот имеют интерференционные покрытия (рис. 3.12, б).
При выборе толщины такого покрытия с( = Х/4 Ке 1' зр имеет место противофазность колебаний, отраженных от покрытия и объекта, а в случае равенства амплитуд достигается полное уничтожение отражения (Е„рх = — Е„ра). Покрытия могут быть изготовлены из различйых пластмасс или каучука, наполненных порошком графита или карбонильного железа.
3.4. ГРУППОВЫЕ ЦЕЛИ 1. ЭОП двухточечной цели. Несколько точечных целей, расположенных в пределах разрешаемого объема, образуют групповую цель. Простейшая модель групповой це- (рте Ее Рнс. ЗЛЗ Определение ЭОП двухточечной цепи ли — двухточечная. Она состоит из двух изотропных отражателей (например, шаров), расстояние между которыми равно Е, а расстояние до РЛС.0, и 0в (рис. 3.13, а). Такая модель достаточно верно описывает сложные цели, содержащие по крайней мере две блестящие точки. Реальная цель содержит много блестящих точек, однако на примере двухточечной модели можно проследить важнейшие закономерности, имеющие место при отражении сигнала РЛС от сложной цели.
Поля вторичного излучения каждого из отражателей 1(т и Ца у РЛС характеризуются в комплексном виде следующими выражениями: Е е~~ ( ат) — Е е — 1ча екм Еае'"(' ~ а) =Е,е — >е*е~"', (3.4.1) где /„= 20,/с, /аа = 20,/с, а 4п . 4п 1рт =со/ат = 0т» <ра = от/аа = 0а' (3 4 2) 146 (3.4.3) Соответственно амплитуда Š— (Е,е — 1т +Езе нц(= = ~ГЕ(+ Е3+ 2Е, Е, соыр, з (3.4.4) Поля отдельных отражателей у РЛС суммируются. Сум. марное поле представим в виде Ерс~ ', где комплексная амплитуда Ер — — Е,е — ~т +Е,е где разность фаз колебаний от отдельных отражателей 2ц 4ц ~р,д — — ~рз — <р„= — 2 (Π— 0,) = — Е з(п О.
(3.4.5) Л Л Аналогичный результат для Ец можно получить, пользуясь формулой косоугольного треугольника при сложении двух векторов (рис. 3.13, б). Применяя формулу (3.1.6) и полагая, что первичное поле Ец одинаково для обеих целей, получаем ЭОП двухточечной цели Е' ~ Е"- Е* оц= 4п0' —" = 4п0'~ — '+ — '-1-2 — ' — ' соз <р, з Е~~ ~ Е„" "Е~~ Ец Ец оц1 + оцз + 2 )« „,,оцз соь ~рка (3.4.6) В частности, при идентичных целях, когда ац, = оц, = = оц„получим следующее выражение для 1(ОР: оц(0) = 2ацц ~1+сов ( — гйп О)] = Г 4цб = 4о,соз ( — з(пО). ц Г 2цЕ цО (3.4.7) Анализ зависимости оц (0) показывает, что опа является многолепестковой (рнс. 3.14).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
