ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за теми магістерської роботи: «Дослідження електромагнітної помітності об'єктів, що мають у своєму складі антенні системи»

Зміст

Вступ

В даний час актуальною є проблема маскування радіотехнічних комплексів. Незважаючи на те, що, вже давно і досить широко використовується мімікрія - спосіб маскування підглянений у комах і деяких представників флори, при якому комахи видають себе за листочки гілочки та ін. У нашому ж світі, світі високих технологій, даний спосіб відмінно підходить для маскування антен, для того ж мобільного зв'язку, коли їх, наприклад, видають за кактуси, дерева та ін. Існують більш складні дорогі і дійсно якісні способи візуально замаскувати антену, і вони дійсно відмінно працюють. Враховуючи нинішні технології, виявити навіть за допомогою якісних оптичних пристосувань, якийсь добре замаскований комплекс зі 100 метрів дійсно вкрай важко. Але, на жаль, невидима антена все одно залишається антеною і пошуковим, пеленгуючим системам, спрямованим на пошук нашого комплексу все одно, як виглядає антена, не тому що в них немає очей, а тому що «бачать» вони зовсім по-іншому. От саме в цьому і полягає основна складність маскування антен і радіотехнічних комплексів. Один зі стандартних прийомів маскування це застосування захисного ковпака (оптично непрозорого екрана), це досить простий спосіб, але на жаль не дуже зручний в експлуатації. Пропонується спосіб створення радіонепрозорого середовища безпосередньо навколо антени, ковпак при цьому буде радіопрозорим. Плюси даного методу у тому, що немає потреби знімати якесь обладнання, достатньо просто змінити внутрішньо наповнення під ковпаком, що б антена працювала, або ж була невидима для засобів виявлення. Так само однією з переваг даного методу є те, що він може бути застосований на вже існуючих антенах і комплексах без внесення особливих змін у їх конструкцію. В даний час на кафедрі РТЗІ Донецького національного технічного університету ведуться розробки по створенню пристрою, здатного захистити антену від пошукових радіоелектронних засобів, не обмежуючи її в функціональності і швидкості зміни режимів «робота», «невидимість».

1. Мета і задачі дослидження

Метою магістерської роботи є розробка моделі маскуючого комплексу з використанням радіонепрозорого середовища безпосередньо навколо антени, що істотно знизить її ефективну площу розсіювання (ЕПР), і тим самим зробить весь комплекс малопомітним для виявлення радіоелектронними засобами розвідки.

Для досягнення поставленої мети в магістерській роботі необхідно виконати такі завдання:

  1. Дослідження методів радіомаскування.
  2. Проведення порівняльного аналізу властивостей електролітичних субстанцій, і на його основі вибрати відповідаючу нашим умовам суміш.
  3. Моделювання антени.
  4. Розрахунок параметрів антени за результатами моделювання.
  5. Моделювання антени із застосуванням маскування.
  6. Розрахунок параметрів антени за результатами моделювання із застосуванням маскування.
  7. Експериментальне підтвердження отриманих даних.

2. Актуальність теми

Спроби вирішення проблеми створення техніки і об'єктів, малопомітних для радіоелектронних засобів, робилися з часу початку розвитку радіорозвідки. У зв'язку з цим з'явилося поняття радіомаскування. (Радіомаскування - комплекс технічних і організаційних заходів, спрямованих на зниження ефективності радіорозвідки противника). Існує безліч способів маскування шляхом зменшення ЕПР за рахунок застосування різних матеріалів або конструкцій у складі антен. Метод створення радіонепрозорого середовища безпосередньо навколо самої антени дозволить модернізувати вже наявні комплекси без особливого втручання до конструкції антен.

Таким чином, тема захисту антенних систем шляхом зменшення ЕПР від виявлення радіоелектронними засобами залишається актуальною у даний час.

3. Передбачувана наукова новизна

Розробка моделі маскуючого обладнання, яке дозволяє створити радіонепрозоре середовище безпосередньо навколо антени вже є новим. Даний спосіб маскування може бути застосований до вже діючих антен після невеликої модернізації. На даний момент аналогів системи маскування із застосуванням газу з властивостями металу не існує.

4. Зниження помітності військової техніки та об'єктів

Зробити об'єкти малопомітними для РЕЗ надзвичайно важко. Можливо лише дещо зменшити можливості їх виявлення розвідувальними РЕЗ, якщо покрити матеріалами, що поглинають енергію ЕМВ, або застосувати малоотражаючі форми. Проте відчутного результату в зниженні радіовидимості можна добитися тільки у разі різкого зниження ЕПР об'єктів. Так, зменшення ЕПР у 16 ​​разів скорочує дальність радіолокаційного виявлення об'єкта усього у 2 рази. [7. с. 102]

4.1 Радіопоглинальні матеріали

Радіопоглинальні матеріали – це неметалеві матеріали, що забезпечують при взаємодії з електромагнітними хвилями поглинання, розсіювання та інтерференцію їх енергії. За принципом дії їх поділяють на градієнтні та інтерференційні.

Градієнтні (поглинальні) матеріали представляють у виді діелектрика, до складу якого входить основа та наповнювач. Вони забезпечують плавну або ступінчасту зміну товщини комплексної діелектричної і магнітної проникливості. Як основа використовується склотекстоліт, пінопласт, різноманітні види каучуку. Використовуваними наповнювачами є магнітні (нікель-цинкові ферити, порошкове карбонільне залізо) і немагнітні (порошок графіту, вугільна та ацетиленова сажа) матеріали. Покриття добре поглинає електромагнітну енергію, якщо воно узгоджене з вільним простором, тобто хвильовий опір на межі покриття – вільний простір дорівнює опору вільного простору. Узгодження забезпечується тим, що зовнішній шар виконується з матеріалу з діелектричною і магнітною проникливістю, близькими до одиниці. Інтенсивність поглинання енергії підвищується, якщо концентрація наповнювача у матеріалі збільшується від зовнішньої поверхні до основи. Це досягається просоченням основи поглиначем або виготовленням багатошарових покриттів, у яких концентрація поглинача поступово зростає.

Застосування багатошарових покриттів розширює їх діапазонність. Для того щоб на межах шарів не виникало паразитних відбивань, не дозволяється різка зміна діелектричної і магнітної проникливості при переході від шару до шару, а також від навколишнього середовища до покриття. Товщина покриття визначає діапазон частот, у якому відбувається поглинання енергії. Верхній (вхідний) його шар складається з матеріалів, що мають діелектричну проникливість близьку до одиниці для забезпечення узгодження з електричними параметрами вільного простору. Для зменшення інтенсивності відбивання зовнішньою поверхнею покриття виконують у виді шипів конусної або пірамідальної форми.

У них електромагнітні хвилі послідовно відбиваються від поверхні шипів. Через це відбувається значно більше стикання з покриттям і збільшується інтенсивність поглинання. Деякі шиповидні покриття знижують інтенсивність відбивання електромагнітної енергії у сантиметровому діапазоні хвиль на 90 % і більше. Так, один з американських зразків покриття з пористого скловолокна товщиною 12,7 мм поглинає близько 99 % енергії, що падає у діапазоні хвиль від 1 до 77 см. Воно має достатню гнучкість, вогнестійкість, стійкість до атмосферних впливів. Покриття AF, розроблене в Великобританії на основі суміші пористого каучуку та вугільного пилу (сажі) має коефіцієнт відбивання у сантиметровому діапазоні хвиль не більше 6 %. [7, с. 105]

Стаціонарні споруди можуть бути приховані радіопоглинальними матеріалами з волосяних матів, які просякнуті сумішшю неоперена (вид каучуку), та провідної вугільної сажі. Поглинальні матеріали виготовляються з вовни, змішаної з залізною стружкою або тирсою. При проникненні до матеріалу, електромагнітна енергія розсіюється металевими частинами та поглинається вовною. Такі матеріали виконані у виді матів товщиною 40-50 мм, зменшують енергію відбитого сигналу в 20-50 разів.

Малорухомі або нерухомі об'єкти і споруди (кораблі, мости) можуть покриватися для зменшення ефективної площі розсіювання широкодіапазонними поглинаючими покриттями з пористого каучуку, змішаного з вугільним пилом, або з пінополістиролу, вкритого вугільною плівкою. Він має жорстку поверхню, в результаті чого інтенсивність відбивання мало залежить від кута падіння радіохвилі. Їх коефіцієнт відбивання не перевищує 1% потужності.

Інтерференційні покриття складаються з поперемінних шарів діелектрика (пластмаса, каучук) та плівки електропровідного матеріалу. В них при падінні плоскої електромагнітної хвилі на поверхню електропровідної плівки в результаті накладання хвилі, що падає та відбитої хвилі в діелектрику виникають стоячі хвилі. Якщо товщина діелектрика дорівнює непарній кількості чвертей хвилі, що падає, а хвильовий опір плівки дорівнює хвильовому опору вільного простору, то електромагнітна енергія не буде відбиватись. Оскільки характеристики інтерференційних покриттів пов'язані з довжиною хвилі, що падає, то вони ефективні в обмеженому діапазоні радіохвиль. При можливості ослаблення відбитих коливань в 1000 разів діапазонність покриттів інтерференційного типу не перевищує ±5% від розрахункової частоти. Завдяки введенню до складу покриттів феромагнітних речовин з домішками сажі забезпечують не тільки інтерференційні властивості, а й поглинання. Для розширення смуги робочих частот інтерференційні покриття роблять багатошаровими. В них концентрація поглинального матеріалу збільшується від одного шару до іншого. У результаті цього робочий діапазон збільшується в 3-4 рази. Найбільш ефективно покриття працюють при нормальному падінні хвилі, коли електромагнітна енергія ослабляється в декілька десятків разів. Для інших напрямків інтенсивність ослаблення різко падає. [7, с. 106]

Найбільш розповсюдженими є керамічні феритові широкодіапазонні радіопоглинальні матеріали. Покриття з них мають невелику товщину та відрізняються значною стійкістю до різких змін умов навколишнього середовища. При товщині феритового слою 0,83 см його коефіцієнт відбиття не перевищує 10% в діапазоні частот 30-300 МГц. Прикладом інтерференційного покриття є "Екосорб 269Е", виготовлений фірмою "Емерсон Камінг" (США) з суміші дрібнодисперсного феритового поглинача та зв'язувального матеріалу на базі каучукових смол з коефіцієнтом поглинання 20 дБ/см на частоті 3 ГГц та 63 дБ/см на частоті 8,6 ГГц.

Нові радіопоглинальні матеріали з більшим коефіцієнтом поглинання виготовляються з використанням металевих наповнювачів у виді порошків і кристалів заліза та його поєднань у зв'язувальних діелектричних матеріалах типу епоксидних або поліуретанових пластмас, гуми, що містить кремній.

Загальними недоліками, що обмежують використання радіо поглинальних матеріалів для маскування техніки та об'єктів є відносно мала діапазонність і значна маса. Через це їх наносять на ті місця (частини) техніки та об'єктів, що якнайбільше відбивають електромагнітну енергію. Такі місця називають блискучими точками. До них відносять стики, різкі переходи, що діють як кутові радіовідбивачі, гострі кромки, значні за площею ділянки поверхні малої кривизни. Найбільш широко радіо поглинальні матеріали застосовують для маскування від радіолокаційного виявлення ракет, космічних апаратів, надводних кораблів і підводних човнів. [7, с. 107]

5. Метаматеріал

Метаматеріал - композиційний матеріал, властивості якого обумовлені не стільки властивостями складових його елементів, скільки штучно створеної періодичною структурою.

Метаматеріали синтезуються впровадженням у вихідний природний матеріал різних періодичних структур з різними геометричними формами, які модифікують діелектричну «ε» і магнітну «μ» чутливості вихідного матеріалу. У дуже грубому наближенні такі впровадження можна розглядати як штучно внесені у вихідний матеріал атоми надзвичайно великих розмірів.

Розробник метаматеріалів при їх синтезування має можливість вибору (варіювання) різних вільних параметрів (розміри структур, форма, постійний і змінний період між ними та ін.).

Одне з можливих властивостей метаматеріалів - негативний (або лівобічний) коефіцієнт заломлення, який проявляється при одночасній отрицательности діелектричної і магнітної проницаемостей. Приклад такого метаматеріалу показаний на Илюстрації. [Мал. 1, 10]

Негативне заломлення

Рівняння поширення електромагнітних хвиль в ізотропному середовищі має вигляд:

k^2-(w/c)^2 n^2=0

где:

k — хвильовий вектор,


w — частота хвилі,


с — швидкість світла,


Мал. 1

n^2=εμ — квадрат показника заломлення. З цих рівнянь, очевидно, що одночасна зміна знаків у ε діелектричної і μ магнітної сприйнятливості середовища ніяк не позначиться на цих співвідношеннях.

5.1 «Праві» і «Ліві» ізотропні середовища

Рівняння отримано на основі теорії Максвелла. Для середовищ, у яких діелектрична ε і магнітна μ сприйнятливості середовища одночасно позитивні, три вектори електромагнітного поля - електричний E магнітний H і хвильовий k утворюють систему т. н. правих векторів: [kE]=(w/c)μH, [kH]=(w/c)εE.

Такі середовища, відповідно, називають «правими».

Середовища, у яких ε,μ — одночасно негативні, називають «лівими». У таких середовищ електричний E, магнітний H і хвильовий k вектора утворюють систему лівих векторів.

В англомовній літературі описані матеріали називають right - і left-handed materials, або скорочено RHM (праві) і LHM (ліві), відповідно. [рис. 2, 10]

Проходження світла через межу середовищ, у яких обидва показника заломлення позитивні n1>0, n2>0 Мал. 2

Проходження світла через межу середовищ, у яких обидва показника заломлення позитивні n1>0,n2>0 [Мал. 2, 10]

Проходження світла через межу середовищ в однієї з яких показник заломлення позитивний n1>0, а в іншої — негативний n2<0Мал. 3

Проходження світла через межу середовищ в однієї з яких показник заломлення позитивний n1>0, а у іншої — негативний n2<0 [Мал. 3, 10]

Потік енергії, що переноситься хвилею, визначається вектором Пойнтинга S, що дорівнює S=(c/4π)[EH] . Вектор S завжди утворює з векторами E, Н правую трійку. Таким чином, для правих речовин S і к направлены в одну сторону, а для лівих - у різні. Так як вектор k збігається за напрямом з фазовою швидкістю, то ясно, що ліві речовини є речовинами з так званої негативної фазовою швидкістю. Іншими словами, в лівих речовинах фазова швидкість протилежна потоку енергії. В таких речовинах, наприклад, спостерігається обернений допплер-ефект.

6. Антена куля

Мал. 4

Антена куля

Кульова антена, що представляє собою провідники, нанесені методом плівкової технології на поверхню кулі, заповненого легким газом, сполучені з підсилювальним блоком, розташованим в нижній частині кулі, вихід якого підключений до трос-кабелю, який відрізняється тим, що провідники виконані у вигляді кільцевих рамок з геометричними параметрами, що відповідають основному та додатковому діапазонах частот, які через півхвильові проміжки включені короткозамкнені чвертьхвильові шлейфи, що об'єднують сусідні рамки, причому для хвиль горизонтальної поляризації рамки розташовуються по паралелях кулі, а для хвиль вертикальної поляризації - за його меридіанах. [Мал. 4, 10]

 

6.1 Радіопрозорий ковпак

На даху вежі під радиопрозрачным ковпаком змонтована антена РЛС виявлення і супроводу цілейМал. 5

На даху вежі під радіопрозорим ковпаком змонтована антена РЛС виявлення і супроводу цілей TRS-2620 «Герфаут» французької фірми «tomcoh»-csf. РЛС-доплерівська, міліметрового діапазону, кругового огляду. [Мал. 5, 10] Дальність виявлення цілей - до 14 000 м.

6.2 Модернізація


• Пропонується модернізація технології маскування антен.


• У даний комплекс включається пристрій для створення радіонепрозорого середовища під радіопрозорим ковпаком.


• Суть методу полягає у тому, що під герметичний ковпак нагнітається газоподібний метал (пари ртуті), тим самим під ковпаком створюється радіонепрооре середовище яка маскує антену.

Анимация изменения среды
1 —Радіопрозорий ковпак.

2 — Антена.

3 — Пристрій нагнітання потрібної атмосфери






Мал. 6






Мал. 6 Ілюстрація зміни внутрішнього наповнення під ковпаком (анімація 7 кадрів, повторення 7, 167kb)

 

Список джерел


  1. Антенны УКВ /Под ред. Г.З. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 2. - М.: Связь, 1977. - 288с. с ил.
  2. Антенны: (Современное состояние и проблемы)/ Под ред. чл.-корр. АН СССР Л.Д. Бахраха и проф. Д.И. Воскресенского.- М.: Сов. Радио, 1979.-208с
  3. Антенно-фидерные устройства и распространение радиоволн: Учебник для вузов/ Г.А. Ерохин,  О.В. Чернышев и др.; Под ред. Г.А. Ерохина. – 3-е изд., - М.: Горячая линия-Телеком,2007.-491с.: ил.
  4. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Антенно-фидерные устройства. М.: Энергия, 1966.
  5. Бекетов В.И. Антенны сверхвысоких частот: М.: Военное издательство министерства обороны союза ССР, 1957.
  6. Марков Г.Т., Сазонов Д.М. Антенны: Учебник для студентов радиотехнических специальностей вузов. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Энергия, 1975.
  7. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Воениздат, 1989. - 350с., ил
  8. Ротхаммель К. Антенны: Пер. с нем. – 3-е изд., доп. – М.: Энергия, 1979. – 320 с., ил.
  9. Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2: Пер. с нем. – Мн.: ОМО «Наш город», 2001. -416с.: ил.
  10. http://ru.wikipedia.org/wiki/ Электронный ресурс.