Файл: Палий, А. И. Радиоэлектронная борьба.pdf

Трудность снижения интенсивности отражения волн усугубляется еще и тем, что военную технику и объек­ ты необходимо скрывать от обнаружения не на одной волне, а в широком диапазоне. Тем не менее уменьше­ ние ЭОП является одним из действенных способов скрытия объектов от обнаружения РЭС. Одновременно оно уменьшает необходимую мощность передатчиков активных помех, количество отражателей и ловушек для маскировки.

Противорадиолокационные покрытия

В настоящее время для ослабления отражения волн применяют поглощающие и интерференционные покры­ тия [31, 32].

Поглощающие покрытия должны слабо отражать падающие волны и поглощать их энергию.

Для этого необходимо, чтобы такие покрытия имели одинаковые диэлектрическую и магнитную проницае­ мости.

При нормальном падении волны на плоскую глад­ кую поверхность, покрытую радиопоглощающим веще­ ством с диэлектрической s и магнитной р проницаемо­ стями, коэффициент отражения волны равен

трическую проницаемость близкую к диэлектрической проницаемости воздуха (s = e0= l) .

Поглощение энергии в материале достигается при­ менением специальных поглотителей, преобразующих приходящую электромагнитную энергию в тепловую за счет появления токов, наводимых в частицах поглотите­ лей, которые обусловливают тепловые потери, а также увеличивают ВЧ диэлектрические и магнитные потери материала.

Радиопоглощающий материал состоит из основы и наполнителя. В качестве основы используют полисти-

197

ролы, различные каучуки, стекловолокно и другие ве­ щества. Наполнителями служат угольная, ацетиленовая и другие сажи, а также порошок карбонильного железа.

Поглощение энергии повышается, если концентрация наполнителя в материале увеличивается от внешней по­ верхности к основанию. Это достигается либо примене­ нием специальной пропитки основы поглотителя, либо изготовлением многослойных материалов, в которых концентрация поглотителя постепенно возрастает. Что­ бы на границах слоев не возникало паразитного отра­ жения, которое может увеличить коэффициент отраже­ ния покрытия, не допускается резкое изменение в и р' при переходе волны от слоя к слою.

Применение многослойных покрытий расширяет их диапазон-ность. Толщина материала определяет диапа­ зон частот, в котором происходит поглощение энергии.

Основной недостаток многослойного покрытия — большая толщина и вес. Один квадратный метр его весит несколько килограммов. Для увеличения площади соприкосновения и снижения интенсивности отражения волн внешнюю поверхность поглощающих покрытий ча­ сто выполняют в виде шипов, имеющих форму конуса или пирамиды (рис. 150). Волны, последовательно от­ ражаясь от поверхности соседних шипов, значительно больше соприкасаются с покрытием и интенсивнее по­ глощаются. Для увеличения количества отражений углы при вершине пирамид делают небольшими (30— 90°). Некоторые шиповидные покрытия снижают интен­ сивность отраженных волн в диапазоне СМВ на 90% и более [35].

Поглощающие покрытия имеют самую различную структуру и электрические параметры. Один из образ­ цов двухслойного покрытия AF, изготовленного в Анг­ лии, выполнен из смеси пористого каучука и угольной

энергии в диапазоне 1—77 см. Оно обладает достаточной гибкостью, огнеупорностью* устойчивостью к атмосфер­ ным воздействиям.

На электрические свойства и прочность поглоща­ ющих покрытий оказывает влияние высокая темпера-

198

пенно уменьшаются от 20 до 0,7 мм. В трехслойном по­ крытии волны поглощаются пустотами наружного слоя. Волны, проникающие во второй слой, частично поглоща­ ются в его порах, преломляются и отражаются обратно во внешний.

«1^

V,? ' ,s l

j-7 ЛЧ&

Рис. 152. Радиопоглощающие материалы:,

о— трехслойный строительный:

б— из шерсти, пропитанной резиной

Третий, мелкозернистый слой сильно отражает вол­ ны, и они затухают при обратном прохождении через слои с пустотами и зернами больших размеров.

Интерференционные покрытия. Ослабление энер­ гии волн в них достигается за счет интерференции волн,

201

отраженных от поверхностей объекта и покрытия (рис. 153). Покрытия имеют толщину, равную четверти длины волны или кратную нечетному числу четвертей волны, вследствие чего колебания, отраженные от по­ верхностей 1 и 2, находятся в противофазе,

Рис. 153. К принципу действия интерференционного покрытия:*

/, 2 —верхняя и нижняя поверхности; 3— падающая волна; 4 — волна, отраженная от верхней поверхности; 5 — волна, отраженная от ниж­

ней поверхности

При равенстве амплитуд волны при встрече склады­ ваются в противофазе и отраженная волна ослабляется. Падающая волна, многократно отражаясь от двух сред, также, частично поглощается покрытием.

Толщина покрытия

Интерференционные покрытия эффективны только в узкой полосе частот. Чтобы они обладали не только ин­ терференционными, но и поглощающими свойствами, в них вводят ферромагнитные вещества с примесью сажи £ качестве поглотителя. Для расширения полосы рабочих частот их делают многослойными. Толщину каждого слоя выбирают из условия сложения в противофазе волн, отраженных от его обеих границ. Концентрация погло­ щающего материала одновременно повышается от слоя к слою. Так удается увеличить диапазон воли интерфе­ ренционных покрытий в три-четыре раза.

202

Обычно интерференционные покрытия хорошо погло­ щают волны только при нормальном падении, ослабляя их энергию в несколько десятков раз. При приходе вол­ ны с других направлений интенсивность поглощения резко снижается. Коэффициент У отражения в зависи­ мости от угла ср падения волны, отсчитываемого от нор­ мали, равен У = (1 — cosср)/(1+ cosф).

Характер изменения коэффициента отражения от угла падения волны показан на рис. 154.

Рис. 154. График зависимости коэффициента отра­ жения от угла падения волны

В качестве интерференционных покрытий можно ис­ пользовать металлические сети, помещенные на расстоя­ нии Х/4 от защищаемого объекта, или диэлектри­ ческий материал толщиной Х/4, нанесенный на металли­ ческую поверхность. Подобные покрытия применяют на устройствах, обеспечивающих работу двигателей под водой (шнорхель), перископах подводных лодок (рис. 155) и др. объектах.

Общий недостаток противорадиолокационных покры­ тий — относительно невысокая диапазонность и значи­ тельный вес. Поэтому в некоторых странах ведут раз­ работку легких покрытий, преобразующих электромаг­ нитную энергию в тепловую. Большое внимание уделяют исследованию плазмы как поглощающей бреды.

Делались попытки создать специальные радиопогло­ щающие краски и ткани. В Канаде была получена кра­ ска для покрытия ракет и самолетов, но при испытаниях она оказалась недостаточно эффективной.

В ФРГ разработана радиопоглощающая ткань, из ко­ торой изготовляют маскирующее полотно, имеющее слои­

203

меньшей ЭОП. Малоотражающая форма может умень­ шить ЭОП самолетов, кораблей, танков, ракет и других объектов в сотни раз.

Отражающие свойства изменяют путем управления параметрами вторичного поля, например подключением к отдельным участкам отражающей поверхности ком­ плексной нагрузки. Регулируя ее, можно изменять рас­ пределение амплитуд и фаз отраженного поля, а следо­ вательно, интенсивность результирующего поля в точке приема вторичного излучения.

Рис. 156. Противорадиолокационный экран для маски­ ровки подводной лодки:

1— экран; 2 — рубка; 3 — корпус лодки

Расчеты показывают, что в результате подключения комплексной нагрузки к тонкому диполю происходит его расстройка, вносимая реактивной нагрузкой, и его ЭОП снижается. Параметры комплексной нагрузки изменя­ ется при подключении реактивностей в виде различных полостей, например кольцевых щелей. Нагрузкой можно снизить ЭОП примерно на 20—25 дб [1].

Практически диаграммой вторичного излучения мож­ но управлять колебательным контуром в виде металли­ ческих полосок, наклеенных на изоляционный мате­ риал, который наносят на отражающую поверхность.

205

направлении.

Нарушение работы РЭС ионизацией пространства

[1, 4, 15]

Работу РЭС можно существенно нарушить измене­ нием условий распространения волн, а также параметров радиотехнических элементов и материалов под влиянием искусственных ионизирующих излучений.

Волна, проходя через ионизированные области, где среднее расстояние d < между частицами среды, ча­ стично отражается, преломляется и поглощается. Отра­ жение и преломление наблюдаются во всех случаях, когда параметры, характеризующие электромагнитные свойства ионизированных областей, — удельная электри­ ческая проводимость, диэлектрическая и магнитная про­ ницаемости — отличны от аналогичных параметров сре­ ды, в которой распространяются волны. Наибольшее от­ клонение траектории распространения волн происходит в том случае, когда ионизированная область имеет непра­ вильную форму или состоит из участков с различными электрическими параметрами.

1 Коэффициент п преломления волн в ионизированной среде зависит от несущей частоты / и концентрации Na

206

электронов в единице объема. Без учета влияния магнит­ ного поля Земли и частоты столкновений электронов

При достаточно высокой концентрации электронов

в ионизированной области в этом случае

Например, для Х= 3 см jV9 = 1018 э/ж3.

Высокую концентрацию электронов в ионизированной среде, при которой создаются условия полного отраже­ ния волны, можно получить при воздействии источника ионизации мощностью не ниже Р„ = аЛ^э2, где а — коэф­

фициент рекомбинации электронов (у поверхности Зем­ ли а=10~12 э/сж3 в сек).

Энергия электромагнитных волн поглощается вслед­ ствие преобразования энергии электромагнитного поля в тепловую при столкновении электронов с нейтральными молекулами, атомами и ионами. Свободные электроны среды под действием электрического поля падающей волны совершают вынужденные колебания с частотой, равной частоте падающих волн.

Обычно при действии на свободный электрон волны часть ее энергии передается электрону. Если он не те­ ряет ее при столкновении с нейтральными частицами воз­ духа (атомами или молекулами), то излучает электро­ магнитную энергию на той же частоте. При этом энергия волны восстанавливается практически без потерь. Одна­ ко если электроны часто сталкиваются с нейтральными частицами, большая часть их электромагнитной энергии преобразуется в энергию хаотического движения и не переизлучается. В результате энергия электромагнитного поля превращается в тепловую энергию среды и электро­ магнитный сигнал ослабляется.

Поглощающие свойства ионизированной области ха­ рактеризуются коэффициентом р поглощения электро­

207

Установлено, что максимальное затухание волн про­ исходит на высоте около 70 км.

Ионизация воздуха происходит постоянно в нормаль­ ной невозмущенной атмосфере под действием ионизи­ рующего излучения солнца.

Протоны, альфа-частицы и тяжелые ядра, входящие в состав ионизирующего излучения, образуют в земной атмосфере ионосферу, имеющую повышенную плотность свободных электронов и положительных ионов.

Ионосфера (рис. 158) состоит из трех ионизирован­ ных слоев: Д, Е и F2, расположенных соответственно на высотах 60—80; 100—130 и 250—400 км и более. Летом днем между слоями Е и F2. на высоте 180—240 км на­ блюдается слой Fi. Зимой этого слоя в отдельные годы нет. Во время захода солнца он поднимается и сливает­ ся со слоем F2. В каждом слое имеется зона с максималь­ ной плотностью ионизации. На высотах 60—80 км, где плотность воздуха сравнительно велика, свободные элек­ троны, часто сталкиваясь с положительными ионами га­ зов атмосферы, превращаются в нейтральные частицы (рекомбинируют) и их плотность незначительна. Ночью и зимой слой Д не наблюдается.

На высотах 100—130 км (слой Е), где плотность воз­ духа незначительна, свободные электроны существуют несколько дольше и их плотность выше, чем в слое Д. В слое F2, находящемся на высоте 250—400 км, время жизни электронов очень велико, так как они крайне ред­ ко сталкиваются с положительными ионами, и плотность ионизации поддерживается высокой. Это основной слой для радиосвязи отраженными КВ.

Концентрацию электронов, достаточную для сущест­ венного отражения и поглощения волн, можно получить при высотных ядерных взрывах, вызывающих ионизацию газов атмосферы, а также в результате сгорания боль­ шого количества легко ионизирующихся элементов, на­ пример частиц цезия. Ионизация газов ядерными взры­ вами происходит и под действием корпускулярного иони­

208