книги из ГПНТБ / Каплун, В. А. Обтекатели антенн СВЧ (радиотехнический расчет и проектирование)

u

Здесь N (z)0 — закон распределения неоднородности, заданный и реа­ лизованный для угла падения 02; е0—диэлектрическая проницаемость среднего слоя стенки.

Анализ соотношения (7.8) показывает, что, во-первых, при углах падения Ѳ Ф Ѳх искажается форма и изменяется максимальное значе­ ние функции распределения неоднородности, заданной при 0 = 0 !, во-вторых, имеющие место изменения этих параметров тем меньше, чем больше значение угла 0, при котором первоначально задан закон

Рис. 7.7. Функции распределения (а) и диаграммы отражений (б) для

диэлектрических стенок чебышевского типа.

распределения неоднородности, в-третьих, большему значению угла

0! соответствует меньшая амплитуда кривой N (z) — f характе­

ризующей структуру неоднородного перехода.

Первое замечание определяет факт изменения формы соответствую­ щей диаграммы отражений (сравнительно с заданной при 0 = Ѳх) и абсолютной величины отражений. Увеличение или уменьшение амп­ литуды кривых N (г) (против заданной, равной 1, при 0 = 0г) опре­ деляет соответственно увеличение или уменьшение эквивалентного

рует тот факт, что диэлектрическому переходу, рассчитанному при больших угах Ѳх, соответствует меньшее изменение диаграммы отра­ жений при ѲФ Ѳх (сравнительно с заданной при 0 = 0ц). Третье за­ мечание говорит об уменьшении диэлектрической проницаемости сред­ него слоя стенки е (0) при увеличении угла 0Х, при котором первона­ чально задан закон распределения неоднородности.

Ѳ = ѵаг для переходов с вероятностным и прямоугольным законами

224 ■

распределения неоднородности при 0 Х= 0, 40, 60, 80°, Z^ jk) = 2,0,

Z(Uj

вает уровень отражений всего на 8—12%, что в большинстве случаев

Рис. 7.8. Изменение функции распределения неоднородностей (вероятностный закон) в зависимости от углов 0 ц Ѳ|.

Так как законы распределения неоднородности, определяемые кри-

225

рехода.

Представленные результаты позволяют выбрать величину диэ­ лектрической проницаемости среднего слоя неоднородной стенки, при­ чем, чем шире сектор углов падения, тем меньше должно быть зна-

226

При решении вопроса о возможности практической реализации переходов с различными законами распределения неоднородности необходимо определить достижимые допуски. На рис. 7.11 показаны

дальными, треугольным, вероятностным и чебышевским законами распределения при е (0) = 4,0, 0Х= 0° и 0 = 0°. Видно, что все кривые идут достаточно плотным пучком, и для получения заданной зависимости е (х) необходимы допуски на диэлектрическую проницае­ мость не хуже ± 0,02.

Поскольку даже небольшое отклонение закона распределения от заданного достаточно резко влияет на диаграмму отражений, нет смыс­ ла задаваться сложным законом распределения неоднородности при допусках, превышающих значения ± 0,02. В этом случае следует огра­ ничиться законом изменения е (х), соответствующим средней линии пучка кривых рис. 7.11. Эти соображения справедливы и при Oj Ф 0. Правомерность такого подхода при выборе закона распределения е (X) стновится особенно очевидной, когда рассматриваются возможно­ сти практического осуществления диэлектрических стенок с плавным изменением коэффициента преломления.

227

Действительно, в настоящее время нет диэлектрических материалов, обладающих непрерывной гаммой значений диэлектрических прони­ цаемостей, которые давали бы возможность изготовить диэлектриче­ ские стенки с заданным законом изменения проницаемости, пригодные для использования в обтекателях.

Следует также отметить, что реальные конструкции стенок с не­ прерывным изменением показателя преломления обязательно требуют дополнительной защиты внешней поверхности более плотным мате­ риалом (например, слоем сплошного стеклотекстолита), и это естествен­ но несколько ухудшает диапазонные свойства всей конструкции по сравнению с рассчитанными. Все сказанное вместе подтверждает пра­ вильность указанного выше порядка приближенного выбора закона изменения диэлектрической проницаемости рассматриваемых радиопрозрачных диэлектрических стенок с плавным изменением коэф­ фициента преломления.

7.5.ОБТЕКАТЕЛИ НА СОВМЕЩЕННЫЕ ВОЛНЫ ИНФРАКРАСНОГО

ИРАДИОДИАПАЗОНОВ

Обтекатели для антенн совмещенных инфракрасного и радиолокационных диапазонов (ИК и РЛ) устанавливаются, как правило, в носовой части летающего объекта, поэтому они должны иметь удобную в аэродинамическом отношении фор­

Разработка таких обтекателей— задача весьма сложная. Основные трудности заключаются в том, что большинство существующих материалов, в конструк­ тивном отношении пригодных для обтекателей рассматриваемого типа (например, специальные стекла), обладают в диапазоне ИК волн (от 0,5—до 6—7 мкм)

существенными потерями, приводящими к резкому снижению прозрачности при толщинах стенок более 3,0—4,0 мм. Ограничение толщины, в свою очередь, во-

первых, сужает круг пригодных к использованию материалов из-за недостаточ­ ной их механической прочности и, во вторых, не позволяет применять полувол­ новые (т. е. оптимальные по толщине) стенки, удовлетворительные с точки зрения прозрачности на волнах совмещаемого с ИК радиодиапазона, так как эта тол­ щина даже для волн сантиметрового диапазона будет —4,0—4,5 мм [103].

Ниже рассматривается один из способов устранения этого противоречия. Требования к качеству изображения цели на ИК волнах являются опреде­

ляющими при выборе формы обтекателя. Поэтому в данном случае могут исполь­ зоваться только сферические или пирамидальные обтекатели, так как при всех положениях сканирующей антенны лишь для них изображение цели (т. е. тепло­ вое пятно) остается неискаженным. Все другие формы (в том числе и коничес­ кая) приводят к недопустимо большим искажениям теплового пятна. «ч t..-

Для скоростных объектов предпочтительными являются пирамидальные об­ текатели с 8— 10 гранями и углом при вершине <40°. При этом допускаются до­ полнительные изломы по образующей, дающие возможность аппроксимировать обводы оживальной формы (рис. 7.12). Для предотвращения искажений изобра­ жения цели гранп обтекателей должны быть плоскопараллельными и иметь по­ верхности, обработанные с оптической чистотой [99].

При разработке обтекателей на совмещенные ИК и радиоволны перед кон­ структором встают две достаточно обособленные группы вопросов:

228

1.Выбор (или разработка) технологичного, механически прочного и темпе­ ратуростойкого материала, прозрачного для ИК волн в заданном диапазоне и имеющего относительно малые активные потери на радиочастотах; разработка технологии изготовления из этого материала пирамидальных обтекателей.

2.«Просветление» обтекателя на

требуемых волнах радиодиапазона, так как оптимальная толщина стенок обтекателей для ИК волн, как пра­ вило, далека от оптимальной для рабочих волн радиодиапазона.

Первая группа вопросов отно­ сится к компетенции технологов, химиков и оптиков и выходит за рамки настоящей книги. Отметим лишь, что в настоящее время имеется достаточно большое число различных материалов [100], пригодных для ра­ боты в ИК диапазоне (фтористый литий, сапфир, кварц,, материалы типа «иртран» и т. п.). В последнее время находят широкое применение специальные марки стекол, прозрач­

ных на ИК волнах в достаточно широком диапазоне. Вероятно, эти материалы можно признать наиболее перспективными, так как на их основе можно конст­

руировать достаточно большие по габаритам обтекатели.

Имеющиеся в литературе данные показывают, что толщина стенок пирами­ дального обтекателя среднего размера (в диаметре у основания 200 300 мм),

выполненного из наиболее приемлемого стекловидного материала, должна быть

Рис. 7.13. Эффект просветления пирамидального обтекателя:

—О—О— — без просветления; ------ — с просветлением.

не менее 2 мм (из условия удовлетворения требованиям механической прочности) и не более 3,0—3,5 мм (из условия получения заданной прозрачности на ИК-вол-

нах). Однако такие толщины стенок обтекателя не обеспечивают нужного уровня прозрачности в радиодиапазоне и их необходимо «просветлить». Для этих целей целесообразно использовать реактивные решетки, наносимые на поверхность

стенок обтекателя с двух сторон.

Так как решетка из тонких металлических проволок представляет для про­ ходящей электромагнитной волны индуктивное сопротивление, диэлектриче­ ский слой с нанесенными на его поверхности решетками может рассматриваться как трехслойная стенка с реактивными оболочками.

229

3.«Обтекатели антенн». Пер. с англ, под ред. А. И. Шпунтова, Изд-во «Совет­ ское радио», 1950.

9.K i t s u r e g a w a Т. and А г i t a F. Electronics, October, 20, 1961, v. 39,

13 . М а к м и л л а н П. У. Стеклокерамика. Пер. с англ. Изд-во «Мир», 1967.

1 4 . П о в з н е р А . Я . , С у X а р е в с к и й И . В . « Ж у р н а л в ы ч и с л и т е л ь н о й м а ­

т е м а т и к и и м а т е м а т и ч е с к о й ф и з и к и » , 1 9 6 2 , т . 1, № 2 , с т р . 2 2 4 — 2 4 5 .

1 5 . П о в з н е р А . Я м С у X а р е в с к и й И . В . « М а т е м а т и ч е с к и й с б о р н и к » ,

1 9 6 0 , т . 51 (9 3 ), № 1.

16. K e l l e r Y . В . , N е u г s R . М . , S е с 1 е г D . В . C o m m u n i c a t i o n s o n p u r e

a n d a p p l i e d m a t h e m a t i c s , I 9 6 0 , v . X I I I , p . 8 5 — 11 4 .

2 1 . П и с т о л ь к о р с А . А . , К а п л у н В . А . , К н я з е в а Л . В . « Р а д и о т е х ­ н и к а и э л е к т р о н и к а » , 1 9 5 9 , т . I V , вы п . 6 , с т р . 9 1 1 — 9 1 9 .

2 2 . П о т е х и н А . И . Н е к о т о р ы е з а д а ч и д и ф р а к ц и и э л е к т р о м а г н и т н ы х в о л н .

И з д - в о « С о в е т с к о е р а д и о » , 1 9 4 8 .

2 3 . А л ь п е р т Я . Л . , Г и н з б у р г В . Л . , Ф а й н б е р г Е . Л . Р а с п р о с т р а ­

н е н и е р а д и о в о л н . Г И Т Т Л , 1 9 5 3 .

2 4 . К а р 1 о u n W . А . D e f o r m a t i o n s d e s D i a g r a m m e s d e R a y o n n e m e n t D u e s a u x R a d o m e s а A n g l e A i g n . C o l l o q u e I n t e r n a t i o n a l su r le s F e n e t r e s E i e c t r o m a g n e ­ t i q u e s , P a r i s , 1 9 6 7 .

2 5 . X p e 6 e T H . Г . А н т е н н ы . С б о р н и к Н Т О и Р Э и м . А . С. П о п о в а , вы п . 3 . И з д -

в о « С в я зь » , 1 9 6 8 , с т р . 7 1 — 8 2 .

26. И з м а й л о в Ф. Ф. Антенны. Сборник НТО и РЭ им. А. С. Попова, вып.

10. И з д - в о « С в я зь » , 1 9 7 1 .

2 7 . G о u b а п С . P r o c . I R E , J u l y 1 9 5 2 , v . 4 0 , р . 8 6 5 — 8 6 8 .

2 8 . Б р е X о в с к и X Л . М . В о л н ы в с л о и с т ы х с р е д а х . И з д - в о А Н С С С Р , 1 9 5 7 .

231

29.В а т с о н Г. Н. Теория бесселевских функций, ч. 1. Изд-во иностранной литературы, 1949.

30.Л а в р е н т ь е в М. А., Ш а б а т Б. В. Методы теории функций комплек­ сного переменного-. Изд-во «Наука», 1965.

31.Т у е г s R. А. Investigation of Some Causes of Boresight Error in Missile Radomes International Conference on Electromagnetic Windows, Paris, 1967.

32.X p e 6 e T H. Г. Антенны. Сборник EiTO и РЭ им. А. С. Попова, вып. 4. Изд-

во «Связь», 1968, стр. 83—95.

33.К а п л у н В. А., Т и м о ф е е в Л. М. «Известия вузов», Радиофизика, 1964, т. VII, № 4, стр. 730—735.

34.«Антенны сантиметровых воли», ч. I, Пер. с англ. Изд-во «Советское радио», 1950.

35. С т р е т т о н Дж. А. Теория электромагнетизма. Гостехиздат, 1948. 36. К а п л у н В. А. «Радиотехника», 1965, № 9, стр. 17—26.

37.S с h е 1 k u п о f f S. A. Beil System Techn. Journal, January 1938, p. 17.

38.P а и о С., У и и и e p и Дж. Поля и волны в современной радиотехнике. ОГИЗ, 1948.

39.С л е т е р Дж. Передача ультракоротких радиоволн. Гостехиздат, 1946.

40.С а у с в о р т Н. Принципы и применения волноводной передачи. Изд-во «Советское радио», 1955.

41.Б р е X о. в с к и X Л. М. «Журнал технической физики». Изд-во АН СССР, 1949, т. XIX, вып. 10, стр. 1126— 1135.

42.С т е п а н о в В. В. Курс дифференциальных уравнений. Госфизматиздат, 1958.

46.К У з н е ц о в П. И., С т р а т о н о в и чР . Л. «Радиотехника», 1954, № 2;

стр. 13—20.

и их применение в радиотехнике. Изд-во «Советское радио», 1961.

49.«Линии передачи сантиметровых волн», ч. II. Пер. с англ. Изд-во «Совет­ ское радио», 1951.

50.А л ь т м а н Дж. Л. Устройства сверхвысоких частот. Пер. с англ. Изд-во «Мир», 1968.

52.К а п л у н В. А. «Радиотехника и электроника», 1964, т. IX, № 7. стр. 1311 — 1313.

58.3 е л к и н Е. Г. Построение излучающей системы по заданной диаграмме направленности. Госэиергоиздат, 1963. .

59. П и с т о л ь к о р с А. А. Доклады АН СССР, 1963, вып. X X XIX , 5.

60.D о 1 р h С. Н. Ргос IRE, June 1946, v. 34, р. 335—348.

61.R i b 1 е t H. J. Proc IRE, May 1947, v. 35, p. 489—492.

62.К a у A. F. Metal Inclusion in Radomes. Proc. of the Radome Symposium, June 1957, у. 1.

63.К а п л у н В. А. «Известия вузов», Радиофизика, 1965, т. VIII, № 4, стр. 743—759.

64.К а п л у н В. А. «Радиотехника и электроника», 1967, т. XII, № 2, стр. 253—

267.

232