Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в ряде стран проводятся работы по снижению заметности летательных аппаратов (ЛА) в радиолокационном диапазоне, и можно говорить о значительных достижениях в уменьшении эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) планера. В связи с этим актуальным становится снижение на 20-40 дБ ЭПР антенны бортовой радиолокационной станции (РЛС), которая является одной из наиболее заметных частей самолета [1]. И, если заметность поверхности планера снижается за счёт выбора его формы или радиопоглощающих покрытий (РПП), то к антеннам такой подход пригоден лишь в ограниченной степени.
Так, применение РПП возможно для снижения отражения от некоторых элементов конструкции антенны. Встраивая антенну в обшивку планера, можно избежать дифракционного рассеяния на краях антенны [2]. Дополнительным фактором снижения заметности является использование неподвижных фазированных антенных решеток (ФАР), установленных под углом к направлению полета. Это уменьшает вероятность обнаружения главного лепестка диаграммы отражения, но многочисленные боковые лепестки по-прежнему будут давать вклад в отражение. В области рабочих частот РЛС снижение отражения достигается при согласовании нагрузки в СВЧ тракте. Для защиты вне этой области разрабатываются частотно-селективные структуры из проводников и диэлектриков [3].
Принципиально новым подходом было бы применение управляемых малозаметных антенных элементов, например, на основе р-г-п диодов [4] или плазменных образований [5]. Проблемой является устойчивость работы p-i-n диодов в мощном СВЧ-поле бортовой РЛС. Использование плазмы в качестве излучателя связано со стабилизацией ее параметров. Таким образом, использование малозаметных элементов остается пока на стадии проектов. Но даже в случае их разработки будет существовать проблема защиты традиционных щелевых или параболических антенн и, возможно ФАР.
Данная проблема может быть
разрешена установкой перед зеркалом
антенны управляемого экрана (рис. 1),
который в пассивном состоянии был бы
прозрачен для излучения бортовой РЛС,
а в активном рассеивал или поглощал
зондирующие импульсы внешних рада
ров. В основу работы экрана могут быть
положены различные принципы. Напри-
Рис. 1. Расположение защитного экрана мер, можно использовать механические
под обтекателем системы защиты типа жалюзи, но они
обладают большой инерционностью. Внутренний фотоэффект в полупроводниках позволяет создать рассеивающий экран, но для его активации потребуются достаточно интенсивные оптические поля. Разрабатываются экраны на основе p-i-n диодов, их недостатки отмечались выше.
Множество публикаций посвящено возможности создания плазменных экранов, которые могли бы как поглощать, так и рассеивать СВЧ излучение, и обладали высокой скоростью включения [6, 7]. Главной проблемой на пути создания таких экранов является генерация плазмы с достаточной концентрацией и размерами без использования веществ и устройств, ограничивающих область ее применения. Весьма привлекательным с этой точки зрения представляется использование простого и наиболее исследованного способа создания плазмы— дугового разряда в трубках с газом низкого давления. Изучению электромагнитных свойств экранов из таких трубок и посвящена настоящая работа.
Цель и задачи работы состоят в:
-
проведении анализа технической возможности применения плазмы для создания управляемого защитного экрана, обосновании выбора параметров плазмы и способа ее генерации;
-
исследовании электромагнитных свойств плазменных экранов, собранных из газоразрядных трубок;
-
создании макета плазменного экрана, демонстрирующего возможность снижения ЭПР антенн до приемлемого уровня без существенного искажения их характеристик.
Научная новизна работы состоит в:
-
результатах экспериментального исследования в диапазоне 3+14 ГГц электромагнитных свойств плоских периодических решеток, составленных из диэлектрических трубок, как заполненных, так и не заполненных плазмой;
-
экспериментально полученных диаграммах рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) экранами различной формы;
-
экспериментальном подтверждении возможности снижения ЭПР антенн с помощью плазменных экранов;
-
результатах экспериментального исследования искажений диаграмм направленности антенн экранами и практических методах их минимизации.
На защиту выносятся:
-
результаты измерения коэффициентов прохождения и отражения периодических решеток, составленных из газоразрядных трубок, их сопоставление с расчётами и вывод о целесообразности использования таких трубок для построения защитных экранов;
-
экспериментальные диаграммы рассеяния ЭМВ экранами различной формы;
требует высокого напряжения (до 100 кВ) и биологической защиты персонала от рентгеновского излучения. Фотоионизация также позволяет создать поглощающую плазму, однако развитие этого метода зависит от разработки экономичных источников света и техники работы с агрессивными легко ионизуемыми присадками. Эти же факторы являются препятствием для использования разрядов с предварительной ионизацией.
Табл. 1. Сравнительные характеристики плазменных экранов
| | -нежелательный фактор; | | -усложняющий фактор; ^] -положительный фактср
Электрические разряды в газах малопригодны для поглощающего экрана из-за быстрой контракция объемного разряда. Однако газоразрядная плазма п трубках диаметром несколько сантиметров может обладать заметными отражающими свойствами. Сравнивая энергетические и эксплуатационные характеристики генераторов плазмы на основе высокоскоростных волн ионизации, дуговых и импульсных разрядов в газах различного давления, сделан вывод о преимуществах экрана из трубок с дуговым разрядом в инертном газе низкого давления. Технология их изготовления для осветительных ламп хорошо отработана. Для инициирования разряда требуется напряжение не более нескольких киловольт, а для его поддержания -напряжение не более сотни вольт и удельная мощность в несколько кВт/м .
с) выводы о возможности снижения ЭПР антенн ЛА с помощью плазменных экранов до приемлемого уровня без существенного искажения диаграммы направленности антенны;
Практическая ценность работы состоит в том, что
-
на основании испытаний разработанного макета экрана продемонстрирована техническая возможность снижения радиолокационной заметности антенн плазменными экранами, построенными из газоразрядных трубок;
-
выработаны способы оценки эффективности экранов и рекомендации по уменьшению искажений, вносимых экранами в диаграмму направленности антенн.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на 4-й Международной конференции по электрическим и оптическим свойствам неоднородных сред (Москва -С.Петербург, 1996г.), опубликованы в 4 печатных работах и содержатся в научно-техническом отчете 5 ЦНИИ МО РФ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Содержание работы изложено на 163 страницах, включая 83 рисунка, 9 таблиц и список цитируемой литературы из 119 наименований.
