Файл: Радиотехнические системы в ракетной технике..pdf

со значительными ЭПР. В зависимости от формы граней разли­ чают треугольные, прямоугольные и круглые уголковые отражате­ ли (рис. 5.16). Величина ЭПР уголкового отражателя зависит от направления падения облучающей волны, задаваемого величиной

Рис. 5.16. Уголковые отражатели:

а — треугольный; б — прямоугольный; в — круглый

углов а, (3, у между падающим лучом и гранями уголка. ЭПР угол­ ка может быть охарактеризована величиной ЭПР эквивалентной плоской пластины площадью S, плоскость которой перпендикуляр-

6

У, град

Рис. 5.17. Зависимость о/омакс трехгранных угол­ ковых отражателей от направления падения волны:

; _ треугольные грани; 2 — квадратные грани

на направлению падающих лучей. Зависимость относительной ве­ личины площади сечения а/амакс от направления падения волны, нормальной к одной из граней, при а = Р приведена на рис. 5.17. Максимальные значения ЭПР трехпранных уголковых отражателей определяются следующими формулами:

— для отражателей с треугольными гранями

183

— для отражателей с квадратными гранями

а

— для отражателей с гранями в виде прямоугольных секторов круга

16на4

а3

где a — длина ребра отражателя, X— длина волны облучающего утолок сигнала.

Уголковый отражатель характеризуется шириной диаграммы направленности и величиной ЭПР. Наибольшей ЭПР из указанных типов обладают отражатели с прямоугольными гранями, но при этом они имеют более узкую диаграмму направленности и менее прочную конструкцию.

Существуют различные конструктивные способы компенсации снижения ЭПР уголковых отражателей на краях рабочей зоны. Необходимость расширения зоны углов отражения вызывается тем, что ориентация уголковых отражателей в направлении на источ­ ник облучения сопряжена со значительными трудностями.

Достаточно хорошо изученной является так называемая октаэдрная группа. Она может быть составлена из трех взаимно пер­ пендикулярных плоских проводящих листов, образующих восемь трехтранных уголковых отражателей. В зависимости от положения такой группы по отношению к направлению облучения получаются различные диаграммы отражения. Диаграммы отражения таких конструкций имеют многочисленные максимумы и минимумы, вы­ званные интерференцией. Изрезанность диаграммы отражения мо­ жет быть уменьшена за счет вращения конструкции, например, в азимутальной плоскости.

К уголковым отражателям предъявляются весьма жесткие тре­ бования по точности сопряжения граней. Отклонение от нормали приводит к значительному снижению ЭПР ввиду нарушения синфазности поля в раскрыве отражателя.

Для уголковых отражателей с большими размерами граней от­ клонение угла от расчетного по мнению иностранных специалистов не должно превышать 0,5—1°.

Недостатком трехгранного уголкового отражателя считают и то, что поляризация отраженной волны противоположна поляри­ зации падающей вследствие нечетного числа отражений от граней уголка. Для устранения этого недостатка принимают различные меры, которые сводятся к тому, чтобы придать уголковому отра­ жателю свойство так называемой несимметричной цели. Один из возможных способов заключается в том, что перед одной из гра­ ней отражателя на незначительном расстоянии от нее помещают диэлектрическую пластину. Сдвиг фаз между колебаниями, отра­ женными от внутренней и внешней пластин, лежит в пределах 0—180°. В результате сложения в пространстве отраженных коле-

184

баний возникает эллиптически поляризованная волна, которая мо­ жет быть разложена на две волны с круговой поляризацией раз­ ного направления с различными амплитудами.

Для получения равномерной диаграммы отражения в широком диапазоне углов падения считают перспективными отражатели на базе линзы Люнеберга. Действие линзы основано на том факте, что частично металлизированный шар или цилиндр заполняется диэлектриком с коэффициентом преломления, изменяющимся по закону

п = п0 У l - - f ( i f ) * ’

где г — радиальная координата; R — радиус шара или цилиндра. Благодаря этому линза фокусирует падающий на нее парал­

лельный пучок лучей в точку на металлизированной поверхности

Рис. 5.18. Всенаправленные отражатели с металлическими кольцами

сферы и отражает этот пучок в обратном направлении, параллель­ ном падающим лучам.

При металлизации одной полусферы линза отражает падаю­ щую на нее энергию равномерно в пределах пространственного угла в 140°. ЭПР линзы Люнеберга вычисляется по формуле

л3<14 ~4Х2~ »

где d — диаметр линзы.

На базе линзы Люнеберга разработано большое количество са­ мых разнообразных линзовых отражателей. Так, всенаправленный по азимуту отражатель можно получить, окружив сферу Люнебер-

185

га отражающим металлическим кольцом (рис. 5.18). Варьируя шириной и положением кольца на сфере, можно формировать тре­ буемую диаграмму направленности. Максимальное значение ЭПР такого отражателя определяется выражением

где г — радиус сферы; L — ширина кольца.

Следует добавить, что по мнению американцев некоторый инте­ рес представляет разновидность уголкового отражателя — двойной

Рис. 5.19. Биконичёский отражатель:

а — общий вид; б —диаграмма вторичного излучения

конус (биконический отражатель), показанный на рис. 5.19. Он имеет равномерную круговую диаграмму вторичного излучения в гори­ зонтальной плоскости. ЭПР такого отражателя при плоскости по­ ляризации поля, параллельной продольной оси, такая же, как и у цилиндра с радиусом гср= 0 ,5 ( гМакс + ^мин) 'И высотой h, Т. б.

2«c2ph2

0 р

Американские специалисты считают, что изготовление таких отражателей с необходимой точностью очень сложно, поэтому они цока не находят широкого применения.

5.9. Дипольные отражатели

Задача эффективного использования диполей для схем радиопротиводействия различного назначения занимает одно из главных мест в разработках зарубежных специалистов. Воздействие ди­ польных отражателей на РЛС сопровождения и распознавания це­ лей проявляется:

— созданием шумового фона, маскирующего сигнал, отражен­ ный от истинной цели, что почти аналогично эффекту воздействия станций шумовых радиопомех;

188

пространстве (в некотором смысле прообраз резонансных диполь­ ных решеток, используемых в качестве радиопоглощающих мате­ риалов) .

Метод экранирования электромагнитного излучения характери­ зуется тем, что в свободное пространство вносятся многочислен­ ные, настроенные приблизительно на частоту облучающей РЛС ди­ поли. Для оптимизации рассеивающих свойств диполей их длина должна равняться половине рабочей длины волны той радиолока­ ционной станции, против которой их предполагают применять. По­ скольку рабочая длина волны РЛС не всегда точно известна зара­ нее, в пачку помещают отражатели, несколько отличающиеся по длине.

Встратегических войсках США для создания пассивных радиопомех предполагается применять дипольные отражатели из стекло­ волокна с алюминиевым покрытием, обладающие значительными преимуществами перед диполями из алюминиевой фольги. Так, диаметр дипольных отражателей из металлизированного стеклово­ локна (около 0,025 мм) значительно меньше, чем дипольных отра­ жателей из алюминиевой фольги, что позволяет разместить в пач­ ке примерно в два раза больше дипольных отражателей из стекло­ волокна, чем отражателей из фольги. Кроме того, отражатели из стекловолокна менее подвержены спутыванию после их разде­ ления.

Вкачестве диполей могут быть использованы и куски проволо­ ки, активная нагрузка которых подбирается (материалом отража­

теля с соответствующим удельным сопротивлением).

Коэффициент ослабления {3 электромагнитной энергии в облаке

диполей с концентрацией п дилолей/м3 при условии, что элемен­ тарный объем облака с площадью 1 м2 и толщиной dx рассеивает энергию пропорционально его ЭПР, определяется выражением [5.51]. В этом случае ослабление отраженной энергии при локации цели, скрытой в облаке дипольных отражателей, составит

где х — расстояние от края облака до маскируемой цели, м; Р — коэффициент ослабления, дб/м.

Например, полагая, что облако диполей является экранирую­ щим (дальность действия РЛС уменьшается в 5—10 раз), из основного уравнения радиолокации получим величину поглощения электромагнитной энергии равную 30—40 дб. Значения коэффи­ циента ослабления, определяемые выражением [5.51], для п = = 0,06—0,08 м-3 составляют 30—40 дб/км (для Х= 80 см). Концен­ трации дипольных отражателей, соответствующие поглощению электромагнитной энергии в 30—40 дб, в диапазоне длин волн

187

10—20 см составляют единицы штук диполей в 1 м3 свободного пространства. При учете поломки и слипания диполей при их раз­ бросе в космическом пространстве, работы РЛС на нескольких частотах и других причин поглощение электромагнитной энергии оказывается недостаточным для маскировки ГЧ с заданной эффек­ тивностью. Воздействие диполей на РЛС обычно оценивается по ЭПР диполей, находящихся в одном им­

пульсном объеме V РЛС, границы

Облако диполь.

Рис. 5.20. К обнаружению облака дипольных отражателей радиолокатором ПАР:

с— скорость распространения электромагнитных волн в сво­ бодном пространстве.

При равномерном распределении дипольных отражателей в об­ лаке средняя ЭПР диполей, находящихся в импульсном объеме,

[5.54]

где си = 0,17 X2 — средняя ЭПР одного диполя.

Головная часть МБР не будет обнаружена в облаке диполей,

где игч — средняя ЭПР маскируемой ГЧ.

188

Важной характеристикой являются также размеры облака рас­ сеянных с требуемой плотностью дипольных отражателей, посколь­ ку эти размеры и определяют информационный ущерб, наносимый радиолокаторам ПРО (рис. 5.20, 5.21). По мнению американских специалистов [73], в настоящее время технически возможно создать облако, вытянутое вдоль траектории ГЧ, с размерами:

—средний диаметр 30—370 км;

—длина 160—900 км.

Например, для подавления РЛС ПАР такое облако может со­ держать одну или несколько ГЧ, станции активных радиопомех, ложные цели, около 50 обломков корцуса последней ступени МБР и около 100 млн. дипольных отражателей.

Рис. 5.21. Схема перехвата головной части МБР антиракетой «Спринт»

Эффект маскировки ГЧ путем создщця помехового дипольного фона иллюстрируется на примере РЛС ПАР (рис. 5 .20). Полагая, что ширина луча РЛС а = |3=1,2°, ти. с ж = 1 мксек, размеры облака составляют 370 и 900 км (диполи распределены равномерно), а

расстоянии 1300 км, соответствующем минимальной дальности под­ рыва АР «Спартан», будет содержаться 80 дипольных отражателей

делает невозможным распознавание ГЧ станцией ПАР в указан­ ных условиях *.

Следует заметить, что, поскольку средняя ЭПР обломков кор­ пуса МБР составляет несколько квадратных метров, возможна их селекция на внеатмосферном участке траектории.

* Дальнейшее сжатие импульса РЛС ПАР ти = 250 мксек до тисж =0,01 мксек, как нетрудно показать, также не решает задачи распознавания головной части.

189