RU2772671C1 - Радиопрозрачный обтекатель - Google Patents
Радиопрозрачный обтекатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2772671C1 RU2772671C1 RU2021106081A RU2021106081A RU2772671C1 RU 2772671 C1 RU2772671 C1 RU 2772671C1 RU 2021106081 A RU2021106081 A RU 2021106081A RU 2021106081 A RU2021106081 A RU 2021106081A RU 2772671 C1 RU2772671 C1 RU 2772671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fairing
- wall
- radio
- incidence
- angle
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 4
- 210000001331 Nose Anatomy 0.000 description 2
- 235000020127 ayran Nutrition 0.000 description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 2
- 230000035980 PAA Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N peracetic acid Chemical compound CC(=O)OO KFSLWBXXFJQRDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001888 polyacrylic acid Polymers 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к антенной технике, в частности к радиопрозрачным обтекателям антенных устройств. Техническим результатом является улучшение радиотехнических характеристик обтекателя с однослойной конструкцией стенки в широком диапазоне значений угла падения радиоволн на стенку обтекателя, который достигается тем, что в радиопрозрачном обтекателе, выполненном с однослойной конструкцией стенки криволинейной формы из диэлектрического материала, оптимальная толщина d стенки обтекателя, предназначенного для работы в широком диапазоне значений угла падения ϑ в различных зонах обтекателя от минимального значения ϑмин до максимального значения ϑмакс, рассчитывается по уравнению:
где n=1, 2, … - целое число, порядок полуволновой стенки; λ - длина радиоволны в свободном пространстве (воздухе); ε - диэлектрическая проницаемость материала; rмин и rмакс - коэффициенты Френеля. 2 ил., 1 табл.
Description
Область техники
Изобретение относится к радиопрозрачным обтекателям антенных устройств и может быть использовано в области преимущественно авиационной и ракетной техники, применительно к конструкциям антенных обтекателей с радиопрозрачными оболочками.
Уровень техники
Известен антенный обтекатель (патент РФ №2697516, класс H01Q 1/42, опубл. 2019), включающий однослойную конусообразную оболочку, изготовленную из стеклопластика с диэлектрической проницаемостью 3,2-4,2. Размер стенки базируется на среднем значении угла падения радиоволн на стенку обтекателя.
Недостатком данного решения является то обстоятельство, что для оптимизации стенки используется среднее значение угла падения ϑcp и соответствующая толщина стенки, которая недостаточно точно определяет оптимальную толщину стенки, обеспечивающую наилучшие радиотехнические характеристики обтекателя во всем рабочем диапазоне значений угла падения от минимального значения ϑмин до максимального значения ϑмакс.
Известно (Обтекатели антенн. Под ред. А.Н. Шпунтова, М.: Советское радио, 1950. 264 с), что наилучшие условия прохождения радиоволн через стенку обтекателя, наилучшие радиотехнические характеристики системы «антенна-обтекатель» наблюдаются для полуволновых стенок в результате электродинамического согласования параметров падающей радиоволны и характеристик стенки обтекателя. Для таких стенок справедлива формула для электрической толщины стенки ϕ:
где d-толщина стенки; λ - длина радиоволны в свободном пространстве (воздухе); ε -диэлектрическая проницаемость материала.
Для полуволновых стенок в случае использования идеального диэлектрика в качестве материала обтекателя (тангенс угла диэлектрических потерь tg δ=0) потери и отражение электромагнитной энергии радиоволн равны 0, что обеспечивает наилучшие радиотехнические характеристики обтекателя. Для реальных материалов (тангенс угла диэлектрических потерь tg δ>0) потери и отражение электромагнитной энергии радиоволн несколько возрастают в связи с тепловыми потерями в материале стенки и невозможностью, в этом случае, полного подавления отражения.
Переменный угол падения радиоволн на стенку обтекателя в разных его зонах требует, согласно формуле (1), соответствующего изменения толщины стенки. Однако это крайне затруднительно на практике и даже невозможно в случае сканирующих антенных устройств, поскольку для случая сканирования одна и та же зона обтекателя подвергается облучению под разными углами.
В такой ситуации происходит рассогласование электродинамических характеристик обтекателя и параметров стенки в различных локальных зонах, что может приводить к ухудшению радиотехнических характеристик реальных систем «антенна-обтекатель».
В связи с неизбежностью ухудшения радиотехнических характеристик обтекателя, работающего в широком диапазоне углов падения, является актуальной разработка технических предложений, обеспечивающих минимальное ухудшение его радиотехнических характеристик.
Известны радиопрозрачные обтекатели с однослойной конструкцией стенки, предназначенные для работы при переменных углах падения радиоволн на стенку обтекателя (патент РФ 2647563, кл. H01Q 1/42, 2006; патент РФ №2653185 кл. H01Q 1/42, 2006; патент РФ №2697516, кл. H01Q 1/42, 2006).
Оптимизация структур и размеров стенки в известных решениях базируется на среднем значении угла падения радиоволн на стенку обтекателя ϑср между минимальным ϑмин и максимальным ϑмакс значениями. Недостатком известных решений является то обстоятельство, что для оптимизации стенки используется среднее значение угла падения ϑср и соответствующая толщина стенки (по уравнению (1)), которая недостаточно точно определяет оптимальную толщину стенки, обеспечивающую наилучшие радиотехнические характеристики обтекателя во всем рабочем диапазоне значений угла падения от минимального значения ϑмин до максимального значения ϑмакс.
Наиболее близким техническим решением является обтекатель антенн (В.А. Каплун. Обтекатели антенн СВЧ. М.: Советское радио, 1974. 240 с.), содержащий стенку в форме колпака из диэлектрического материала, снабженный узлом крепления к летательному аппарату, с диэлектрической стекой, соответствующей полуволновой электрической толщине на рабочей частоте. Структура стенки обтекателя состоит из одного или нескольких слоев материала с известными частотно- независимыми значениями диэлектрической проницаемости в рабочей полосе частот. Геометрическая толщина стенки подбирается эквивалентной полуволновой электрической толщине на средней по диапазону частоте. Толщина стенки из диэлектрического материала рассчитывается по уравнению
К недостаткам данного технического решения следует отнести невозможность прямого использования формулы (2) для расчета оптимальной толщины стенки, обеспечивающей наилучшие радиотехнические показатели для переменных углов падения. Использование в формуле (2) среднего значения угла падения ϑ не является в достаточной мере точным результатом.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является улучшение радиотехнических характеристик обтекателя с однослойной конструкцией стенки в широком диапазоне значений угла падения радиоволн на стенку обтекателя.
Технический результат предполагаемого изобретения достигается за счет того, что в радиопрозрачном обтекателе, выполненном с однослойной конструкцией стенки криволинейной формы из диэлектрического материала, оптимальная толщина d стенки обтекателя, предназначенного для работы в широком диапазоне значений угла падения ϑ в различных зонах обтекателя от минимального значения ϑмин до максимального значения ϑмакс, рассчитывается по уравнению:
где n=1, 2 … - целое число, порядок полуволной стенки; λ - длина радиоволны в свободном пространстве (воздухе); ε - диэлектрическая проницаемость материала; rмин и rмакс коэффициенты Френеля;
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изменение значений угла падения обусловлено как криволинейной формой обтекателя, так и конструкцией антенны, условиями сканирования.
Угол падения радиоволн на стенку обтекателя определяется как угол между направлением распространения радиоволны 1 (фиг. 1, 2), излучаемых антенной 2 (фиг. 1, 2), и нормалью 3 к поверхности обтекателя (фиг. 1, 2) в точке пересечения радиоволны со стенкой радиопрозрачного обтекателя 4 (фиг. 1, 2).
Значения угла падения в современных радиоэлектронных системах варьируются в довольно широких пределах. Особенно сложные условия прохождения радиоволн характерны для радиопрозрачных обтекателей летательной техники, поскольку к таким обтекателям, кроме радиотехнических, предъявляются также требования по аэродинамическому обтеканию. Так, например, для высокоскоростных самолетов используются остроконечные носовые обтекатели, с формой, близкой к конической, в которых угол при вершине в ряде случаев составляет 30 - 40°. Угол падения радиоволн на стенку в таких носовых обтекателях достигает 70 - 75°.
Одним из важнейших показателей обтекателя, характеризующих его совершенство, является такой показатель как потери электромагнитной энергии (ЭМЭ) при прохождении радиоволн через стенку обтекателя. Низкие значения потерь ЭМЭ способствуют повышению дальности радиолокации, надежности связи, наименьшему искажению диаграммы направленности антенн.
Отражение ЭМЭ также является весьма важной характеристикой обтекателя, поскольку низкие значения отражения обеспечивают пониженные потери ЭМЭ, снижение радиотехнической заметности радиоэлектронного антенного оборудования, уменьшение уровня внутренних переотражений радиоволн в системе «антенна - обтекатель», оказывающих негативное влияние на электрические параметры системы.
Авторами данного изобретения проведены расчетные эксперименты, которые позволили установить, что использование данного изобретения ведет к значительному улучшению радиотехнических характеристик обтекателя - таблица 1. Приведенные иллюстративные расчеты выполнены для следующих условий: частота радиоволны f=10 ГГц, диэлектрическая проницаемость материала обтекателя ε=4,5, тангенс угла диэлектрических потерь tg δ=0,015. Рассмотрен случай перпендикулярной ориентации плоскости поляризации радиоволн к плоскости падения.
Анализ приведенных данных показывает безусловные преимущества обтекателя, выполненного по изобретению, по сравнению с обтекателем, изготовленным по прототипу по таким характеристикам как потери ЭМЭ, отражение ЭМЭ, искажение фазового фронта радиоволн после прохождения через стенку обтекателя.
В подавляющем числе случаев радиопрозрачные обтекатели изготавливают в виде трехмерных оболочек. В этих случаях угол падения радиоволн на стенку обтекателя является переменным даже для наиболее простых систем, включающих неподвижные, не сканирующие антенны - фиг. 1.
Схема прохождения радиолучей через криволинейную стенку радиопрозрачного обтекателя:
1. радиоволна;
2. антенна;
3. нормаль к поверхности обтекателя;
4. фрагмент стенки радиопрозрачного обтекателя.
В случае использования сканирующих, поворотных антенн, антенн типа ФАР углы падения являются переменными и в случае плоских форм обтекателя при разных углах электронного сканирования - фиг. 2.
Схема прохождения через плоскую стенку обтекателя радиоволн, излучаемых антенной типа ФАР:
1. радиоволна;
2. антенна;
3. нормаль к поверхности обтекателя;
4. фрагмент стенки радиопрозрачного обтекателя.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечивает преимущество перед известными способами.
Claims (4)
- Радиопрозрачный обтекатель, выполненный с однослойной конструкцией стенки криволинейной формы из диэлектрического материала, отличающийся тем, что оптимальная толщина d стенки обтекателя, предназначенного для работы в широком диапазоне значений угла падения ϑ в различных зонах обтекателя от минимального значения ϑмин до максимального значения ϑмакс, рассчитывается по уравнению:
- где n=1, 2, … - целое число, порядок полуволновой стенки; λ - длина радиоволны в свободном пространстве (воздухе); ε - диэлектрическая проницаемость материала; rмин и rмакс - коэффициенты Френеля;
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2772671C1 true RU2772671C1 (ru) | 2022-05-24 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691736A (en) * | 1995-03-28 | 1997-11-25 | Loral Vought Systems Corporation | Radome with secondary heat shield |
US6028565A (en) * | 1996-11-19 | 2000-02-22 | Norton Performance Plastics Corporation | W-band and X-band radome wall |
RU2364998C1 (ru) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Широкополосный обтекатель |
RU2647563C1 (ru) * | 2017-03-10 | 2018-03-16 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Широкополосная система "антенна-обтекатель" |
RU2653185C1 (ru) * | 2017-05-30 | 2018-05-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оптимизации радиотехнических характеристик антенного обтекателя со стенкой из многокомпонентного материала |
RU2697516C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2019-08-15 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Антенный обтекатель (варианты) |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5691736A (en) * | 1995-03-28 | 1997-11-25 | Loral Vought Systems Corporation | Radome with secondary heat shield |
US6028565A (en) * | 1996-11-19 | 2000-02-22 | Norton Performance Plastics Corporation | W-band and X-band radome wall |
RU2364998C1 (ru) * | 2008-02-05 | 2009-08-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" | Широкополосный обтекатель |
RU2647563C1 (ru) * | 2017-03-10 | 2018-03-16 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Широкополосная система "антенна-обтекатель" |
RU2653185C1 (ru) * | 2017-05-30 | 2018-05-07 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Способ оптимизации радиотехнических характеристик антенного обтекателя со стенкой из многокомпонентного материала |
RU2697516C1 (ru) * | 2018-10-22 | 2019-08-15 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" | Антенный обтекатель (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110085975B (zh) | 基于强耦合效应的机翼载低散射超宽带共形相控阵 | |
CN112259961B (zh) | 多倍频程超宽带天线及共形阵列天线 | |
Wang et al. | A wideband conformal end-fire antenna array mounted on a large conducting cylinder | |
CN103700932B (zh) | 一种小型化甚高频单极子类型天线 | |
WO2007066322A1 (en) | Patch antenna element and application thereof in a phased array antenna | |
Nayak et al. | Design and simulation of compact UWB Bow-tie antenna with reduced end-fire reflections for GPR applications | |
CN110176665B (zh) | 一种相控阵天线及相控阵雷达 | |
WO2019090927A1 (zh) | 天线单元及天线阵列 | |
Li et al. | An L-band ultra wide-band Vivaldi antenna with wide beam angle | |
CN114094318A (zh) | 一种实现微带天线宽带宽角扫描的结构及微带天线单元 | |
RU2772671C1 (ru) | Радиопрозрачный обтекатель | |
Zhou et al. | Radar cross section reduction for microstrip antenna using shaping technique | |
Wu et al. | A novel conical horn antenna loaded with ball cone dielectric | |
Hong et al. | A millimeter-wave radome with variable thickness for improvement of radiation patterns | |
CN209822869U (zh) | 一种同轴传输线定向天线 | |
Kisel et al. | Reduction of the Radar Cross Section of Conformed Microstrip Antennas Using Metamaterials | |
Badawy et al. | Slotted waveguide antenna integrated with printed Yagi-Uda director array | |
AU2021103887A4 (en) | Multi-octave ultra-wideband antenna and conformal array antenna | |
De et al. | Design and development of a unit element planar folded dipole end-fired antenna for aircraft collision avoidance system | |
Qiang et al. | A conformai low-profile series-fed microstrip array for aircraft applications | |
RU217650U1 (ru) | Радиопрозрачный обтекатель навигационной антенной системы вертолета | |
Hamouda et al. | Development of a miniaturized broadband blade antenna for aeronautical applications | |
Wen et al. | Step-shaped cavity-backed antenna and wideband wide-angle impedance matching in planar phased array | |
KR102674283B1 (ko) | Rcs 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치 | |
Gupta et al. | Design and performance analysis of conformal antenna for C band wireless applications |