Многослойные радиопрозрачные укрытия для антенн

4 октября 2012


 

МНОГОСЛОЙНОЕ РАДИОПРОЗРАЧНОЕ УКРЫТИЕ ДЛЯ АНТЕНН
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве укрытия для защиты антенн, преимущественно плоских фазированных антенных решеток от воздействия внешних факторов окружающей среды. Технический результат заключается в уменьшении поляризационных искажений радиопрозрачного укрытия. Сущность изобретения состоит в том, что многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн содержит N расположенных параллельно друг другу тонких слоев, между которыми помещены M=N-1 толстых слоев-наполнителей, выполненных в виде расположенных перпендикулярно тонким слоям перегородок. Тонкие слои и перегородки выполнены из одного или нескольких слоев одного и того же диэлектрического материала, например стеклоткани, пропитанной клеем. Перегородки расположены в виде сотовой структуры из правильных шестигранников, размер сторон которых выбран меньшим половины длины волны в свободном пространстве. Эквивалентная диэлектрическая проницаемость N тонких слоев больше эквивалентной диэлектрической проницаемости М толстых слоев-наполнителей. 4 ил.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в качестве укрытия для защиты антенн, преимущественно плоских фазированных антенных решеток (ФАР) от воздействия внешних факторов окружающей среды.

Известно радиопрозрачное защитное укрытие для антенной решетки, состоящее из пяти слоев, которые жестко соединены между собой с помощью смолы. Первый слой состоит из стеклопластикового материала, одна поверхность которого, соприкасающаяся с атмосферой, покрыта тефлоном, уменьшающим смачиваемость и поверхностное загрязнение, второй слой состоит из стеклопластикового армированного материала, пропитанного смолой, третий слой состоит из вспененного материала, четвертый слой состоит из стеклопластикового армированного материала, пропитанного смолой, пятый слой состоит из вспененного материала. Пятый слой контактирует с дипольными элементами антенной решетки, когда укрытие находится в рабочем положении, причем дипольные элементы антенной решетки образуют распределенную опору для укрытия. Первый, второй и четвертый слои тоньше третьего и пятого слоев. Толщины слоев выбираются так, чтобы минимизировать потери на отражение в определенном частотном диапазоне (US №4783666, H01Q 1/42, US C1 343/872, 1988).

Недостатком данного радиопрозрачного защитного укрытия является сложность конструкции, наличие в ее составе армированного стеклопластикового материала, что может приводить к существенным искажениям поляризационных характеристик проходящего через радиопрозрачное защитное укрытие электромагнитного поля.

Наиболее близким к изобретению (прототипом) является радиопрозрачное защитное антенное укрытие для защиты плоской антенны от обледенения, содержащее первый и второй тонкие слои (панели) из жесткого материала с небольшой диэлектрической проницаемостью, например поликарбоната, расположенные параллельно плоскости антенны, и между ними - третий слой-наполнитель, выполненный в виде расположенных перпендикулярно первым двум слоям и параллельные друг другу перегородок, образующих каналы для циркуляции теплого воздуха, обеспечивающего оттаивание антенного укрытия (FR №2631745, H01Q 1/42, 1989).

Причина, препятствующая достижению указанного ниже технического результата при использовании известного радиопрозрачного защитного антенного укрытия, заключается в следующем. Наличие параллельных перегородок для циркуляции воздуха приводит к искажениям поляризационных характеристик проходящего через радиопрозрачное укрытие (РПУ) электромагнитного поля вследствие существенного различия коэффициентов прохождения Кпр для перпендикулярной и параллельной составляющих поляризации поля. Это различие особенно велико на больших, до 60°, углах падения электромагнитной волны, что ухудшает качество работы антенны и подключенного к ней радиотехнического устройства.

Задачей изобретения является разработка и создание механически прочного и простого по конструкции РПУ с улучшенными поляризационными характеристиками для защиты антенн от воздействия внешних факторов окружающей среды. Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, выражается в уменьшении поляризационных искажений РПУ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известное радиопрозрачное укрытие, содержащее первый и второй тонкие слои, расположенные параллельно, и между ними - первый толстый слой-наполнитель, выполненный в виде расположенных перпендикулярно первым двум слоям перегородок, согласно изобретению дополнительно введены тонкие слои до общего их количества N и дополнительные толстые слои-наполнители до общего их количества М=N-1, расположенные вперемешку с тонкими слоями, при этом N тонких слоев и перегородки толстых слоев-наполнителей выполнены из одного и того же диэлектрического материала, например стеклоткани, пропитанной клеем, причем перегородки толстых слоев-наполнителей расположены в виде сотовой структуры из правильных шестигранников, размер сторон которых выбран меньшим половины длины волны в свободном пространстве, а эквивалентная диэлектрическая проницаемость N тонких слоев больше эквивалентной диэлектрической проницаемости М толстых слоев-наполнителей.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг.1 - схематичное изображение конструкции 9-слойного РПУ; фиг.2 - схематичное изображение 3-слойного фрагмента конструкции РПУ; фиг.3 - график расчетных СВЧ-потерь (L) энергии; фиг.4 - график изменения коэффициента эллиптичности (Ке) для электромагнитного поля круговой поляризации.

Многослойное радиопрозрачное укрытие для антенн (фиг.1) представляет собой неразъемную конструкцию, которая содержит N расположенных параллельно друг другу тонких слоев, например, 11...1 5 для 9-слойного РПУ, между которыми помещены М=N-1 толстых слоев-наполнителей 21...2 4. Толстые слои-наполнители выполнены в виде установленных перпендикулярно тонким слоям 1 перегородок 3 в виде ячеистой структуры 4 из правильных шестигранников с воздушными промежутками по типу пчелиных сот (фиг.2). Тонкие слои 11 ...1N и перегородки 3 выполнены из одного или нескольких слоев одного и того же материала диэлектрического материала, например пропитанной клеем стеклоткани Т-3 ГОСТ 19170-80. В случае выполнения тонких слоев 11...1 N и перегородок 3 многослойными они скрепляются между собой с помощью такого же клея, в качестве которого может быть использован, например клей марки БФ-2 ГОСТ 12172-74. Перегородки 3 своими торцами жестко соединены с тонкими слоями 1 при помощи указанного клея. Толщины d тонких слоев 11...1 N и высоты D слоев-наполнителей 21 ...2M выбираются из условия минимизации потерь на отражение электромагнитной энергии при удовлетворении требований к механическим характеристиками РПУ. При этом длина S сторон правильного шестигранника ячейки сотовой структуры 4 в каждом слое-наполнителе 2 должна быть меньше половины длины волны в диапазоне рабочих волн, а эквивалентная диэлектрическая проницаемость N тонких слоев - больше эквивалентной диэлектрической проницаемости М толстых слоев-наполнителей.

Отличительной особенностью заявленного РПУ является то, что с одной стороны, тонкие слои 11...1N и перегородки 3 толстых слоев-наполнителей 2 1...2M выполнены из однородного материала, а с другой стороны, диэлектрическая проницаемость слоя-наполнителя в виде сотовой структуры 4 существенно меньше, чем у тонкого слоя, т.к. внутри него находится воздух. Сочетание правильной геометрии слоев РПУ и однородность материалов слоев обеспечивают изотропность пространства структуры РПУ в плоскости раскрыва антенны, следствием чего является уменьшение поляризационных искажений проходящей через РПУ электромагнитной волны. Кроме того, подбором количества N тонких и М толстых слоев РПУ достигаются его заданные прочностные характеристики.

Радиопрозрачность укрытия характеризуется коэффициентом прохождения Кпр по мощности в заданном секторе углов падения электромагнитной волны. Характеристики рассеяния электромагнитного поля при его прохождении через многослойное РПУ определялись путем решения граничной задачи электродинамики для системы плоских диэлектрических слоев. При наложении условий непрерывности тангенциальных составляющих электромагнитного поля на границах слоев исходная задача сводится к системе линейных алгебраических уравнений относительно комплексных амплитуд поля в каждом слое. Из решения этой системы определялись суммарные комплексные коэффициенты отражения Котр и прохождения Кпр многослойной структуры для параллельной и перпендикулярной поляризации плоской волны в зависимости от угла ее падения на РПУ. На основе полученных соотношений была создана математическая модель для анализа электрических характеристик РПУ, по которой проводились все последующие расчеты на ПЭВМ с выбором толщины d тонких слов 1 и высоты D толстых слоев-наполнителей 2, обеспечивающих минимальное отражение в заданном диапазоне частот и углов падения .

В примере осуществления изобретения в виде 3-слойного РПУ (фиг.2) с толщиной d=1 мм тонких слоев 11 , 12 и высотой D=15 мм слоя-наполнителя 2 получены следующие электрические характеристики:

эквивалентная диэлектрическая проницаемость тонких слоев 1=3,5;

тангенс угла потерь тонких слоев tg 1=0,01;

эквивалентная диэлектрическая проницаемость слоя-наполнителя 2=1,08;

тангенс угла потерь слоя-наполнителя tg 2=0,0007.

Расчетные потери электромагнитной энергии L и коэффициент эллиптичности Ке электромагнитного поля круговой поляризации, прошедшего через данное 3-слойное РПУ на частотах 1 ГГц и 2 ГГц, представлены в виде графиков соответственно на фиг.3, фиг.4. Видно, что для углов падения волны 60° потери L не превосходят 0,15 дБ, а коэффициент эллиптичности Ке>-25 дБ (Ке>0,97 по полю) в рабочей полосе, равной 67,3%.

Использование изобретения позволяет обеспечить минимальные поляризационные искажения поля, защищенность укрываемой антенны от внешних неблагоприятных атмосферных факторов РПУ. Конструкции РПУ удовлетворяют заданным требованиям по радиопрозрачности и механической прочности, что обеспечивает их многолетнюю работоспособность в любых климатических условиях на суше и море.  

© 2017, НПО Радиоволна. РПУ для нужд авиации, обороны и флота.
Россия, Санкт-Петербург, ул. Галерная, д. 5 литер А, пом. 5-Н;
Тел./факс: +7 (812) 640-78-32