Файл: Радиотехнические системы в ракетной технике..pdf

которой максимум отраженной электромагнитной энергии сме­ щается в сторону от направления на радиолокатор.

Существенного уменьшения ЭПР головной части можно достичь путем управления параметрами вторичного (рассеянного) поля, когда свойства цели, как переизлучающего источника, изменяются так, чтобы в нужном направлении получить минимум переизлучаемой энергии.

Остановимся подробнее на третьем способе уменьшения ЭПР цели за счет применения различных радиспоглощающих мате­ риалов.

Применяя так называемые интерференционные покрытия, немецкие специалисты в 1944 г. добились уменьшения отражения электромагнитной энергии в диапазоне длин волн 112—195 см почти в 400 раз, снизив тем самым дальность радиолокационного

поглощающих материалов, однако в силу целого ряда недостатков это не обеспечило достаточно эффективной защиты.

Принцип работы радиопоглощающих материалов заключается в том, что падающая электромагнитная энергия преобразуется в другие виды энергии в самом материале. При этом имеют место явления поглощения, рассеивания и интерференции электромаг­ нитных волн. Из-за поглощения происходит ослабление поля пада­ ющей волны, обусловленное переходом электромагнитной энергии в тепло вследствие диэлектрических и магнитных потерь.

Процесс рассеивания происходит в результате преобразования распространяющегося в материале потока электромагнитной энер­ гии определенного направления в потоки различных направлений.

Явление интерференции радиоволн характеризует отражатель­ ную способность радиопоглощающего материала в направлении наибольшего вторичного излучения от его поверхности.

По конструктивному, применению радиопоглощающие матери­ алы обычно разделяют на два типа:

— радиопоглощающие материалы, которые наносятся на поверхность защищаемого объекта;

—■радиопоглощающие конструкционные материалы, исполь­ зуемые для сооружения военных или промышленных объектов.

К перечисленным материалам предъявляют следующие требо­ вания:

—минимальное отражение радиоволн от защищаемой поверх­

ности;

—максимальное поглощение электромагнитных волн;

—широкий частотный диапазон поглощаемой энергии;

—высокие прочностные характеристики;

—минимальные габариты и вес;

—способность работать в широком интервале механических и температурных режимов;

—стойкость к агрессивным средам;

—надежность и долговечность.

219

По принципу работы радиопоглощающие материалы могут быть интерференционными и поглощающими.

В интерференционных покрытиях материал и структура покры­ тия выбираются таким образом, чтобы падающая и отраженная волны взаимно компенсировали друг друга, т. е. вторичное радио­ излучение гасится вследствие интерференции радиоволн, отража­ ющихся от наружной поверхности покрытия и маскируемой поверх­ ности объекта.

Материал поглощающих покрытий выбирается из условия наи­ более полного поглощения в нем падающей электромагнитной энергии и отсутствия отражения от границы раздела сред. Почти вся энергия электромагнитной волны, падающей на маскирующее покрытие, постепенно затухает и превращается в тепло за счет наведения рассеянных токов, магнитногистерезисных или высоко­ частотных диэлектрических потерь.

И наконец, в зависимости от электрических и магнитных свойств радиопоглощающие материалы можно разделить на диэлектрические и магнитодиэлектрические.

В связи с совершенствованием аэродинамических форм голов­ ных частей оказалось возможным применить покрытие лишь на тех ее частях, которые дают максимум отражения.

Маскирующее действие радионоглощающих материалов эффек­ тивно лишь в случаях, если линейные размеры плоских поверхно­ стей защищаемых объектов или же радиусы кривизны их поверх­ ностей значительно превышают длину волны в материале покры­ тия, т. е. при

-у- V ~ S > Ю,

где S — площадь поперечного сечения объекта.

Если длина волны X превышает максимальный размер объ­ екта, то наблюдается так называемое релеевекое рассеяние, кото­ рое характеризуется тем, что рассеяние объекта с конечной проводимостью примерно такое же, как и объекта с бесконечной проводимостью. Вследствие этого покрытие с конечной проводимо­ стью ведет себя как идеальный проводник, и падающая электромаг­ нитная энергия не может поглощаться им.

6.2. Покрытия поглощающего типа

Поглощающий материал соответствует своему назначению в том случае, если в нем отсутствует отражение электромагнитной волны от внешней поверхности, а энергия, проникающая внутрь материала, полностью им поглощается. Выполнение этих условий достигается соответствующим подбором электрических свойств материала, в первую очередь комплексной диэлектрической про­ ницаемости и комплексной магнитной проницаемости.

Отражение электромагнитной волны от бесконечной идеально проводящей поверхности, покрытой поглощающим веществом

220

[рис. 6.1], характеризуется комплексной диэлектрической проницае­ мостью

Рис. 6.1. К пояснению принципа действия покрытий:

а — поглощающего; б — интерференционного

ловленная диэлектрическими потерями и электрической проводимостью покрытия.

Аналогичным образом обозначается и относительная магнит­ ная проницаемость покрытия.

221

Рассмотрим комплексный коэффициент отражения плоской волны от плоской границы раздела двух сред:

z — г0

[6.3]

Z + z0 ’

где волновое сопротивление свободного пространства

волновое сопротивление поглощающего покрытия

[6.5]

Подставляя [6.4] и [6.5] в выражение [6.3], будем иметь

Из выражения [6.8] видно, что коэффициент отражения от гра­ ницы раздела двух сред (у = 0) равен кулю при p,= n + jk, или с учетом формулы [6.2] условия полного поглощения имеют вид:

Условиям [6.9] и [6.10] удовлетворяют покрытия, в состав кото­ рых входят вещества с достаточно большими потерями (например, ферромагнетики). Структуру таких покрытий образуют частицы ферромагнетика, сцементированные изоляционным материалом из немагнитного диэлектрика. Однослойные покрытия этого типа до­ статочно эффективны в диапазоне метровых и дециметровых волн. Эффективность действия покрытия повышается, если его коэффи­ циент поглощения постепенно увеличивается от наружной поверх­ ности покрытия к защищаемой.

Для поглощения волн сантиметрового диапазона используют многослойные покрытия с переменными от слоя к слою параметра­ ми, у которых проницаемость е возрастает от наружной поверхно­ сти вглубь покрытия. Каждый слой таких покрытий изготовляется из пенополистирола или каучука, а поглотителем служит графит или сажа. Концентрация поглотителя от слоя к слою меняется.

229

Для согласования покрытия с внешним (свободным) простран­ ством относительная диэлектрическая проницаемость должна рав­

и р. от слоя к слою недопустимо, поскольку это приводит к увели­ чению коэффициента отражения от границы раздела двух сред.

Рис. 6.2. Влияние угла при вершине шипов на­ ружной поверхности покрытия на число отраже­ ний внутри ячеек

Для уменьшения остаточного отражения широкое распростра­ нение получили покрытия, наружная поверхность которых пред­ ставляет собой рельефную геометрическую неоднородность, состоя­ щую из периодически повторяющихся неровностей в виде пирамид или конусов. Чтобы увеличить число отражений между конусами и, следовательно, снизить отражение от поверхности покрытия, угол при вершине конуса выгодно делать небольшим (рис. 6.2).

6.3. Интерференционные покрытия

Если в поглощающих покрытиях большая часть падающей на них энергии превращается в тепло, прежде чем электромагнитные волны достигнут отражающей поверхности защищаемого объекта, то в интерференционных (узкодиапазонных) покрытиях отсутствие отражения от маскирующего объекта происходит благодаря интер­ ференции двух радиоволн: отразившейся от поверхности объекта

223

и поверхности покрытия. Падающая волна многократно отражает­ ся от границы раздела двух сред «покрытие — объект» и частично поглощается в веществе покрытия. Естественно, что при этом рас­ стояние между отражающими поверхностями (толщина покрытия) должно быть таким, чтобы обеспечивалось сложение отраженных радиоволн в противофазе.

Отсутствие отражения от интерференционного покрытия дости­ гается при условии

где Ej — составляющая отраженной волны от границы раздела «сво­ бодное пространство — покрытие».

Суммарное отраженное поле в направлении источника падаю­ щей волны равно нулю, если выполняются условия:

А= - Д =

e' !i V*.*

Х0— резонансная длина волны.

Интерференционные покрытия менее габаритны, чем поглощаю­ щие. Однако, как следует из их принципа действия, они и менее диапазонны, что зачастую затрудняет их применение. По-видимо­ му, наиболее перспективными являются комбинированные много­ слойные покрытия.

Для того чтобы интерференционное покрытие обладало погло­ щающими свойствами, в его состав вводят ферромагнетики с при­ месями сажи или порошка графита в качестве поглотителя.

Интерференционные защитные покрытия изготовляют из раз­ личных пластмасс или каучука. Достоинством интерференционных покрытий является их значительная механическая прочность, гиб­ кость, сравнительно малая толщина и небольшой вес. Для корот­ ких волн при больших диэлектрических и магнитных потерях в ве­ ществе покрытия могут быть весьма тонкими.

Эффективность действия интерференционных покрытий зависит от угла падения электромагнитной энергии на их поверхность. Ми­ нимальное отражение достигается при нормальном падении радио­

224