Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.07, кандидат наук Топалов Феруз Сетмерович

• Топалов Феруз Сетмерович
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Топалов Феруз Сетмерович

ВВЕДЕНИЕ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2 ВОЛНОВОДНАЯ РЕШЕТКА ВАН АТТА НА ЦИЛИНДРЕ

2.1 Постановка задачи

2.2 Диаграмма рассеяния

2.3 Интегральные уравнения

2.4 Результаты приближенного решения

2.6 Численное моделирование

2.7 Выводы

3 СИСТЕМА АКТИВНОГО ГАШЕНИЯ НА ОСНОВЕ РЕШЕТКИ

ВАН АТТА

3.1 Постановка задачи

3.2 Рассеяние волны на цилиндре

3.3 Выбор излучающего элемента

3.4 Разработка устройства управления

3.5 Численное моделирование

3.6 Исследование направленных свойств

3.7 Исследование частотных характеристик

3.8 Выводы

4 УПРАВЛЯЕМАЯ ФАЗОВРАЩАТЕЛЕМ РЕШЕТКА ВАН АТТА

4.1 Фазовая модуляция переизлученного сигнала

4.2 Исследование спектра переизлученного сигнала

4.3 Исследование частотных характеристик

4.4 Выводы

5 АНТЕННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В БЭК В ДИАПАЗОНАХ МВ И ДКМВ

5.1 Система активного гашения на низких частотах

5.2 Свойства БЭК в диапазонах МВ и ДКМВ

5.3 Возбуждение прямоугольного резонатора

5.4 Численное моделирование

5.5 Исследование направленных свойств излучателя

5.6 Экспериментальные исследования

5.7 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Технология малозаметности, также широко известная и закрепившаяся в мировой литературе под названием стелс-технология (STEALTH), представляет собой подобласть радиоэлектронной борьбы (РЭБ) и описывает набор подходов и мер по уменьшению радиолокационной, оптической, и инфракрасной заметности летательных аппаратов, кораблей, и объектов наземной техники [2, 17, 23, 31]. Объединяет вышесказанные области то, что зондирующие сигналы переносятся с помощью электромагнитных волн различных диапазонов частот [30]. В данной работе исследование вопроса снижения заметности выполнено применительно к волнам радиочастотного диапазона, так как радиолокация является наиболее эффективным способом обнаружения, наведения и сопровождения целей [12].

Свое начало стелс-технология берет в 1975 году [30] в области самолетостроения, когда первым подходом к снижению радиолокационной заметности (РЛЗ) был выбор малоотражающей формы объекта, что зачастую делалось даже в ущерб аэродинамическим характеристикам летательных аппаратов [35]. С тех пор стелс-технология существенно эволюционировала. Были разработаны перспективные радиопоглощающие материалы [33], имеющие сверхмалую (в длинах волн) толщину [58], а также лакокрасочные покрытия на основе ферромагнитных [73] и керамических [1] наполнителей, обладающих высокой термостойкостью. Обширное обсуждение в литературе получили: частотно-селективные экраны [21, 41], призванные снизить радиолокационную заметность антенной системы во время ее бездействия, а также интеллектуальные [27, 45] и импедансные [131] покрытия управляющие характеристиками рассеяния, и структуры на основе метаматериалов [29]. Наряду со стелс-технологиями развивалась и радиолокация: освоены новые диапазоны длин волн [10, 54], увеличена разрешающая способность радаров [20], описаны перспективные типы радаров [74]. Такая непрекращающаяся гонка актуализирует проведение

исследований, направленных на поиск способов дальнейшего снижения РЛЗ объектов. При этом, как отмечено в [30], целесообразным является совместное применение подходов к умеренному снижению РЛЗ и средств радиоэлектронного противодействия (РЭП), так как это дает ощутимое снижение относительных потерь единиц техники, нежели только усиленное снижение РЛЗ.

Радиолокационная заметность объекта - это характеристика, которая, как правило, численно описывается эффективной площадью рассеяния (ЭПР) и выражается формулой [53]:

а = 4тгД02^ [м2],

где: Д0 - расстояние между точкой наблюдения и объектом;

Пг - плотность потока мощности рассеянной волны в точке наблюдения;

П - плотность потока мощности падающей волны вблизи объекта.

В дальней зоне, когда Я0 велико и рассеянную объектом волну можно считать сферической, ЭПР объекта не зависит от расстояния Я0 так как

отношение "II1 подчиняется закону обратных квадратов. В то же время, при

О не-

постоянном значении к0 отношение — не зависит от мощности источника.

Таким образом, ЭПР объекта зависит только от формы и ориентации объекта, а также от частоты и поляризации падающего поля.

Ввиду сложности формы объектов, требующих маскирования (в частности летательных аппаратов), их диаграмма обратного рассеяния (ДОР) имеет вид, сильно отличающийся от ДОР простых геометрических объектов [35]. Так, ДОР летательного аппарата больших по отношению к длине волны размеров имеет сильно изрезанную форму и, в зависимости от частоты и угла наблюдения, может иметь отличающиеся на несколько порядков максимумы,

обусловленные «блестящими точками» [5]. Такими точками могут быть протяженные плоскости, нормаль которых ориентирована по направлению на локатор, различные полости (воздухозаборник и сопло двигателя, кабина пилота) или уголковые образования, такие как «киль-фюзеляж». В уменьшение ЭПР этих точек, как наиболее «заметных», и состоит задача стелс-технологии [31].

Наряду с применением малоотражающих форм для снижения РЛЗ, распространено применение радиопоглощающих покрытий (РПП) или радиопоглощающих материалов (РПМ) [3]. РПП чаще всего представляют собой диэлектрическое покрытие толщиной порядка Я/4, расположенное на металлической поверхности объекта [5]. Материал покрытия подбирается таким образом, чтобы часть падающей волны отражалась от его поверхности, а другая часть - от проводящей поверхности объекта, преодолевая тем самым расстояние, равное удвоенной толщине покрытия. А значит, ввиду интерференции указанных рассеянных полей, будет наблюдаться снижение рассеяния на заданной частоте, преимущественно в направлении нормали к покрытию. Большей эффективностью, а именно большим рабочим диапазоном частот и сектором рабочих углов, обладают РПМ, принцип работы которых строится на преобразовании энергии падающего поля в тепловые потери [42]. РПМ особенно эффективен на высоких частотах в диапазоне 1-15 ГГц [30], и остается сравнительно недорогим способом снижения РЛЗ. Однако на низких частотах, где работают станции дальнего обнаружения, такие как Авакс [49] и Хокай [22], его применение пока еще ограничивается размерами, весом и малой эффективностью [60].

В последнее время особую популярность в области снижения РЛЗ

получили так называемые покрытия из метаматериалов [38]. Метаматериал

искусственный материал с особыми значениями диэлектрической и

магнитной проницаемостями, определенная комбинация или закон

изменения которых позволяют управлять процессами дисперсии,

преломления и отражения электромагнитных волн [29]. Применительно к

6

противорадиолокации принцип его действия заключается в переизлучении падающей волны (перераспределении энергии) в стороны, отличные от направления прихода волны [95, 102]. Несмотря на простоту изготовления и возможность конформного исполнения, такие покрытия не имеют возможности перестраиваться по частоте во время эксплуатации, а их резонансный характер работы не обеспечивает равномерное снижение ЭПР в широкой полосе частот [78].

Альтернативным методом снижения ЭПР являются так называемые методы гашения электромагнитных волн [57]. В общем виде под гашением можно понимать следующее [4]: максимизацию поглощения энергии поля, или минимизацию амплитуды поля в некоторой области пространства и частот. В первом случае под определение термина «гашение» попадает применение РПМ. Поэтому в данной работе термин «гашение» уточняется, и рассматривается исключительно как минимизация амплитуды поля рассеяния в некоторой области пространства в некотором диапазоне частот. Принцип действия систем гашения схож с принципом действия интерференционных РПП, в которых снижение обратного рассеяния происходит из-за взаимного ослабления поля, рассеянного самим объектом, и поля излученного/переизлученного/рассеянного системой гашения [37]. В зависимости от природы гасящего поля, источником которого является система гашения, выделяют два типа систем гашения: пассивная и активная [13]. Опишем подробнее каждую из них.

Системы пассивного гашения (СПГ) называются пассивными, потому

что в них отсутствуют какие-либо активные элементы, или, иными словами,

процессы усиления [13]. СПГ представляют собой антенную систему

больших размеров, каждый из элементов которой нагружен на заранее

определенное комплексное сопротивление [32]. Известно, что любая из

антенн, при облучении электромагнитной волной, рассеивает поле,

являющееся суперпозицией двух составляющих - структурной и антенной

[19]. Структурная составляющая обусловлена рассеянием от конструктивных

7

элементов самой антенны, а также места установки, в то время как антенная составляющая - рассеянием от нагрузки антенны. Структурная составляющая является постоянной для конкретной системы «антенна-место установки», а антенная составляющая может быть изменена путем изменения величины комплексного сопротивления нагрузки. При подборе сопротивления нагрузки, таким образом, чтобы амплитуды составляющих были равны (насколько это возможно без усиления), и противофазны друг другу, можно добиться снижения ЭПР в некоторой полосе частот и секторе углов [34]. При этом для эффективной работы, такая система гашения должна покрывать значительную площадь [132], а значит, фактически, «блестящие точки» полностью скрываются под поверхностью СПГ. Обладая сравнительно высокой эффективностью и дешевизной, СПГ имеют большие размеры, ухудшают массогабаритные параметры объекта и не обладают возможностью перестраиваться по частоте.

В системах активного гашения (САГ) ключевым моментом является генерация сигнала либо его переизлучение с усилением [116], что позволяет более точно выдерживать равенство амплитуд антенной и структурной составляющих. Отметим, что при этом усложняется бортовая система радиотехнической разведки (РТР), выдающая сведения о направлении облучения и частоте зондирующего сигнала, повышаются требования к ее быстродействию. Становится необходимым устройство управления (УУ), задачей которого является анализ сигналов РТР и выдача команд управляемым элементам САГ. Благодаря большей энергетике, в САГ можно использовать существенно меньшее количество антенн [132], и при этом достигать очень глубокого гашения [108, 110], а в теории и полного [57]. Определяющим преимуществом САГ является адаптивность - возможность перестраиваться по частоте, и по направлению, в котором необходимо снижать обратное рассеяние.

Применение САГ, основанных на самостоятельной генерации гасящего

поля, связано с некоторыми трудностями. Так, необходимость генератора

8

сигнала, а также большого количества линий передач для его подключения ухудшает массогабаритные характеристики системы. А в случае, когда зондирующее воздействие не является монохроматическим (как в большинстве современных радаров), требуется генератор сигналов сложной формы, либо система РТР, осуществляющая прием-выборку-хранение зондирующего сигнала для дальнейшего переизлучения [113]. Чтобы избавиться от этого недостатка, в САГ можно сразу переизлучать зондирующий сигнал без необходимости его оцифровывать и хранить. Как показано далее, наиболее эффективным способом переизлучения является использование отражательных антенных решеток Ван Атта [111, 121].

Конфигурация Ван Атта благодаря свойству самофокусировки [88] и возможности модуляции переизлучаемого сигнала [101] позволяет создавать на своей основе широкий класс радиотехнических устройств: пассивные отражатели [99, 120, 127], в т. ч. широконаправленные [40], системы дуплексной связи [101, 133] и отражатели с управляемыми характеристиками рассеяния [62]. Также отмечается высокий потенциал применения активных решеток Ван Атта в качестве прицельных по углу станций активных ответных помех [28, 44, 51, 72, 80]. А немногочисленные исследования пассивных решеток Ван Атта, предназначенных для снижения моностатической ЭПР [68, 96], являются предпосылкой создания САГ на их основе. Поэтому актуальным является исследование решеток Ван Атта применительно к системам гашения рассеянного поля и системам активной постановки помех. При этом, так как большинство исследований решеток Ван Атта рассматривают плоское или линейное расположение элементов [11, 40, 47, 68, 82, 111, 120], актуальным является анализ характеристик рассеяния решеток Ван Атта, расположенных на телах цилиндрической формы, как весьма распространенных (кромки крыла, фюзеляж).

Неэффективность РПМ на низких частотах, о которой сказано ранее,

составляет проблему не только для защищаемых от радара объектов.

Пожалуй, главенствующую роль в применении РПМ сохраняет за собой

9

область антенных и радиолокационных измерений в безэховых камерах (БЭК) [6, 42]. Средние по параметрам БЭК в диапазоне частот 1-40 ГГц обеспечивают коэффициент безэховости до -40 дБ [42]. В такой широкой полосе частот безэховость достигается, чаще всего, с помощью пирамидального РПМ, принцип действия которого основан на многократном отражении (запутывании) и поглощении (преобразовании в тепло) радиоволн [36]. В случае, если по каким-то причинам в БЭК присутствуют паразитные отражения, прибегают к методам компенсации этих отражений [56, 103, 104]. Однако, на частотах ниже 500 МГц, когда длина волны становится больше высоты РПМ, его поглощающая способность резко снижается [63, 83], вплоть до свободного прохождения волны сквозь РПМ и отражения от экранированных стен БЭК. Это ставит под вопрос корректность проведения измерений в диапазонах метровых (МВ, 30-300 МГц) и декаметровых (ДКМВ, 3-30 МГц) длин волн и делает актуальным поиск ответа на него.

Целью диссертационной работы является снижение радиолокационной заметности объектов путем снижения полей обратного рассеяния тел цилиндрической формы, с помощью систем пассивного и активного гашения, выполненных на основе решеток Ван Атта; исследование системы постановки помех на основе решетки Ван Атта с фазовращателем; а также исследование вопроса достоверности измерения направленных свойств излучателей в безэховой камере в диапазонах МВ и ДКМВ.

Для достижения поставленной цели предполагается решить следующие задачи:

1. Решить задачу рассеяния плоской электромагнитной волны на волноводной решетке Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра.

2. Исследовать условия, при которых волноводная решетка Ван Атта, расположенная на поверхности проводящего кругового цилиндра,

обеспечивает пассивное снижение обратного рассеяния.

10

3. Разработать электродинамическую модель волноводной решетки Ван Атта на проводящем круговом цилиндре, и численно исследовать ее характеристики рассеяния в САПР Ашой НЕББ.

4. Разработать электродинамическую модель системы активного гашения на основе управляемой решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра; определить условия снижения обратного рассеяния и численно исследовать ее характеристики рассеяния.

5. Экспериментально исследовать систему постановки имитационных помех и помех по каналу Доплера на основе управляемой фазовращателем решетки Ван Атта.

6. Решить задачу возбуждения безэховой камеры в виде прямоугольного резонатора с проводящими стенками, и провести экспериментальное исследование по измерению диаграммы направленности антенны в безэховой камере в диапазонах МВ и ДКМВ.

Научная новизна работы определяется полученными результатами:

1. Впервые решена задача рассеяния плоской электромагнитной волны на волноводной решетке Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, и получено приближенное выражение, описывающее диаграмму обратного рассеяния, представленное через параметры конструкции.

2. Впервые исследованы рассеивающие свойства волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, в зависимости от параметров конструкции.

3. Предложены и исследованы системы пассивного и активного гашения поля рассеяния кругового проводящего цилиндра, выполненные на основе двухэлементной волноводной решетки Ван Атта; перечислены преимущества и недостатки таких систем; показано, что система активного

типа осуществляет более эффективное снижение обратного рассеяния.

11

4. Экспериментально исследованы достижимые характеристики по управлению переизлученным решеткой Ван Атта сигналом, для случаев фазовой п-манипуляции и квазилинейной фазовой модуляции.

5. Впервые проведены теоретические и экспериментальные исследования возможности измерений направленных свойств антенн в диапазонах МВ и ДКМВ в условиях прямоугольной безэховой камеры малых электрических размеров. Даны практические рекомендации по выбору расположения точки наблюдения при проведении таких антенных измерений.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием строгих решений, физичностью результатов, а также совпадением теоретических результатов с результатами численных и экспериментальных исследований.

Практическая значимость диссертационной работы

Предложенная пассивная система на основе двухэлементной волноводной решетки Ван Атта, установленная на поверхности проводящего кругового цилиндра, позволила снизить уровень поля обратного рассеяния в направлении по нормали к решетке на 15 дБ ±5 дБ (в зависимости от размеров цилиндра и апертуры волновода), или на 10 дБ в секторе углов до ± 5° относительно нормали к решетке при поляризации, перпендикулярной образующей цилиндра.

Активная управляемая волноводная решетка Ван Атта позволила снизить обратное рассеяние цилиндра более чем на 50 дБ прицельно, или на 10 дБ в секторе углов от ±8° до ±1,5° (в зависимости от угла падения волны) относительно угла падения, при той же поляризации поля, что и у пассивной решетки Ван Атта. Ширина полосы частот снижения обратного рассеяния по уровню -10 дБ составила от ±300 МГц до ±150 МГц (в зависимости от угла падения волны) относительно центральной частоты. Сканирование

минимума диаграммы обратного рассеяния достигнуто в секторе углов ±40° относительно нормали к решетке.

При п-манипуляции, управляемая фазовращателем решетка Ван Атта, позволила имитировать множественную ложную цель и подавлять несущую частоту в переизлученном сигнале на 25 дБ и более (относительно уровня первой боковой гармоники) в диапазоне частот модуляции до 600 кГц, на частотах 6, 9 и 12 ГГц. При квазилинейной фазовой модуляции, реализована имитация эффекта Доплера со сдвигом частоты до ±5 МГц относительно частоты несущей, с подавлением последней на 15 дБ и более (относительно уровня частоты Доплера) на частотах 6 и 9 ГГц.

Результаты исследования направленных свойств излучателя в безэховой камере в виде прямоугольного резонатора в диапазонах МВ и ДКМВ позволили сформировать ряд практических рекомендаций, направленных на повышение достоверности результатов измерений диаграмм направленности.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Теоретические соотношения для диаграммы обратного рассеяния двухэлементной волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности идеально проводящего кругового цилиндра, представленные в виде суммы антенной и структурной составляющих.

2. Электродинамическая модель волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, и результаты исследования ее характеристик рассеяния в САПР Аибой НЕББ.

3. Электродинамическая модель активной управляемой волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра; условия формирования и сканирования нуля диаграммы обратного рассеяния, а также результаты исследования ее характеристик рассеяния.

4. Результаты экспериментального исследования достижимых

характеристик по постановке имитационных помех типа «ложные цели» и

13

помех по каналу Доплера с помощью управляемой фазовращателем решетки Ван Атта.

5. Результаты теоретических и численных исследований, а также практические рекомендации по проведению антенных измерений в безэховой камере в диапазонах МВ и ДКМВ.

Внедрение результатов

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедре Антенн и радиопередающих устройств Южного федерального университета, а также в грант Российского научного фонда (проект № 16-1910537).

Апробация диссертационной работы

Основные результаты диссертационной работы обсуждались на следующих конференциях:

1. Международная научная конференция «Излучение и Рассеяние Электромагнитных волн «ИРЭМВ-2015» (РФ, пос. Дивноморское, 28 июня -3 июля 2015 г.)

2. Международная научная конференция «Излучение и Рассеяние Электромагнитных волн «ИРЭМВ-2017» (РФ, пос. Дивноморское, 26-30 июня 2017 г.)

3. The 38th Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS Spring 2017, St Petersburg, Russia, 22-25 May, 2017)

Публикации

По материалам работы опубликовано 5 работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, и 2 статьи, индексируемые в Scopus и Web of Science:

1. Юханов Ю. В., Ильин И. В., Мерглодов И. В., Топалов Ф. С.,

Мельник Т. Г. Управление спектром отраженного сигнала решетки Ван-Атта

14

с помощью фазовращателя Hittite HMC247 // Труды международной научной конференции Излучение и Рассеяние Электромагнитных Волн ИРЭМВ-2015. - Таганрог: Изд-во ЮФУ. - 2015. - C

2. Topalov F. S., Yukhanov Y. V., Ilin I. V., Privalova T. Y. Controlling Van-Atta array scattering characteristics with HITTITE HMC247 phase shifter // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). -2017. - P

3. Yukhanov Y. V., Topalov F. S. Radiation pattern investigation of antenna in below-cutoff rectangular resonator // 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). - 2017. - P

4. Топалов Ф. С. Численное исследование характеристик рассеяния цилиндрической системы активного гашения на основе управляемой решетки Ван-Атта // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2019. - №1.

5. Юханов Ю. В., Привалова Т. Ю., Крюк Е. В., Топалов Ф. С., Мерглодов И. В. Дифракция плоской волны на волноводной решетке Ван-Атта, расположенной на поверхности идеально проводящего цилиндра // Антенны. - 2019. - №2. - С

Личный вклад

Автор выполнил исследование диаграмм обратного рассеяния в зависимости от параметров конструкции решетки Ван Атта, разработал электродинамические модели решеток Ван Атта пассивного и активного типа, исследовал их характеристики и нашел условия снижения поля обратного рассеяния, выполнил экспериментальные исследования совместно с научными и техническими сотрудниками кафедры.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта»

Структура работы

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений. Она содержит 164 страницы, 90 рисунков, 4

таблицы и список литературы из 133 наименований.

15

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, поставлены цели и сформулированы задачи, показана научная новизна, достоверность и практическая значимость результатов, перечислены основные положения, выносимые на защиту, и личный вклад автора, приведен список публикаций и апробаций работы, изложено краткое содержание.

В первом разделе выполнен обзор литературы, перечислены основные известные подходы по снижению ЭПР целей. Описана перспективность применения систем гашения, в том числе на основе управляемой решетки Ван Атта. Отмечен потенциал применения решеток Ван Атта в системах активной постановки помех. Перечислены проблемы, возникающие при проведении измерений в БЭК в диапазонах МВ и ДКМВ.

Во втором разделе рассмотрено решение задачи рассеяния электромагнитной волны на двумерной модели волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра. Задача сведена к решению интегрального уравнения относительно вектора напряженности электрического поля в раскрывах излучателей. Решение получено строго и приближенно. Приближенное решение получено в предположении, что взаимосвязь между апертурами излучателей осуществляется только через соединяющий тракт. Получено выражение для диаграммы рассеяния, представленное через геометрические параметры конструкции. Исследованы условия и параметры конструкции, при которых выполняется пассивное гашение рассеянного поля в направлении по нормали к решетке. Выполнено численное моделирование на цилиндрах ка = 20,40, показавшее хорошее количественное и качественное совпадение с приближенным решением при размере волновода кЬ = 3, а также хорошее качественное совпадение при кЬ = 1; 6.

В третьем разделе разработана конструкция конформной

цилиндрической системы активного гашения (САГ), осуществляющая

16

снижение ЭПР проводящего цилиндра и описана схема устройства управления. Рассчитаны мощности и начальные фазы сигналов в портах антенной решетки Ван Атта, требуемые для гашения рассеянного поля в заданном направлении, из которых найдены коэффициенты усиления усилителей и сдвиги фаз фазовращателей в трактах решетки Ван Атта. Показана взаимосвязь параметров сигнала гашения с диаграммой обратного рассеяния САГ с согласованными антеннами. Достигнуто глубокое прицельное снижение поля обратного рассеяния до -50 дБ при различных углах падения волны в секторе ±40°.

Четвертый раздел посвящен вопросу фазовой модуляции переизлученного решеткой Ван Атта сигнала, с целью постановки помех по каналу Доплера и имитации множественных ложных целей. Рассмотрены случаи фазовой модуляции переизлучаемого решеткой Ван Атта сигнала при модулирующих воздействиях различной формы. Подробно описаны случаи п-манипуляции и квазилинейной фазовой модуляции. Проведены экспериментальные исследования, и определены достижимые характеристики по управлению переизлученным сигналом.

В пятом разделе рассмотрен вопрос достоверности измерений направленных свойств излучателей в безэховой камере в диапазонах МВ и ДКМВ. Описан недостаток пирамидального РПМ, проявляющийся в снижении его поглощающей способности при росте длины волны. Сделано предположение, что БЭК можно рассматривать как прямоугольный резонатор с проводящими стенками. Решена строго и численно задача возбуждения такого резонатора на горизонтальной поляризации. Исследовано влияние положения точки наблюдения на результат измерения ДН и даны практические рекомендации по выбору точки наблюдения.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы и сделаны выводы. Отмечены пути дальнейших исследований и разработок по данной тематике.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 В 70-х годах прошлого века заметное внимание было уделено вопросу изменения величины обратного рассеяния металлических объектов простой формы [115]. В первую очередь исследования были направлены на поиск способов снижения ЭПР. Преимущественно, реализовывать это предлагалось путем нарезания в металлических объектах различных щелей, полостей, резонаторов и ребристых структур. Например, численный расчет рассеяния волны на бесконечном цилиндре с прямоугольными продольными щелями показывает возможность узкополосного снижения ЭПР на 40 дБ [128]. А аналогичные экспериментальные исследования подтверждают такую возможность [115]. Также исследования затрагивали и тела практически более значимых форм - в [97] разработаны методы управления ЭПР тел оживальной (профиль крыла) формы с помощью гофрированных структур.

Наряду с предыдущим направлением, в зарубежной литературе публиковались работы, развивающие тему снижения обратного рассеяния нагруженных антенн. В работе [75] рассмотрен тонкий цилиндр длиной меньше чем У2, нагруженный в центре на комплексное сопротивление. Показано, что преимущественно реактивный характер сопротивления нагрузки способен снизить рассеяние до нуля. Выведена формула для расчета оптимального импеданса нагрузки, снижающего рассеяние в направлении нормали к вибратору. Проведено экспериментальное исследование, показавшее отличное согласование с теорией. Позднее этим же автором показано снижение рассеяния от круглой и прямоугольной металлической рамки с двойной нагрузкой [76].

В отечественной литературе вклад в развитие темы поглощения падающей энергии внесли такие ученые как Ерохин Г. А., Кочержевский В. Г., Фельд Я. Н. Так, в [18] показано, что поглощение энергии всегда сопровождается рассеиванием, однако не исключается возможность создания поглотителя энергии сколь угодно близкого по характеристикам к

идеальному поглотителю, не рассеивающему вовсе. Аналогичные выводы, но с помощью других соображений, сделаны в [59]. С другой стороны, снижение обратного рассеяния может осуществляться не поглощением энергии, а гашением рассеянного поля. Показано [19], что условием полного гашения рассеянного поля является равенство комплексных диаграммы направленности и диаграммы рассеяния антенны, при коэффициенте отражения от нагрузки |Г|=1.

Технология микрополосковых печатных антенн в совокупности с нагрузкой последних на сосредоточенное сопротивление позволяет создавать конформные радиопоглощающие покрытия (РПП). Так, проведенные в [79] экспериментальные исследования микрополосковой антенны, нагруженной резисторами разного номинала, показывают, что с увеличением сопротивления растет величина снижения ЭПР. На частоте 3 ГГц достигнуто снижение ЭПР по нормали к антенне на 10 дБ в полосе частот 1.3% при Кн = 500 Ом. Расширение рабочей полосы частот возможно с применением широкополосных излучателей. Например, в [34] авторы предложили и численно исследовали РПП на основе биконических печатных вибраторов, обеспечивающее 10 дБ поглощение в полосе частот 14,2-21,3 ГГц. Антенны Вивальди, как обладающие хорошим согласованием в широкой полосе частот, предложено использовать в [32]. Разработка и обширное исследование систем пассивного гашения на основе конформных профилю крыла печатных антенн Вивальди, нагруженных сопротивлениями, проведено в [13].

Появление класса ретродирективных антенн, как показано далее,

оказало существенное влияние на развитие систем гашения рассеянных

полей. Первой в этом классе антенн стала решетка Ван Атта, названная по

имени изобретателя (Van Atta L. C.). Патент на нее был выдан в конце 1959

года [121], а уже в начале 1960 была опубликована первая работа [111], в

которой исследовались рассеивающие свойства решетки Ван Атта не только

в одномерном исполнении (линейная), но и в двумерном (плоская). С тех пор

19

и по сегодняшний день решетки Ван Атта постоянно исследуются и находят применение в разных областях науки и техники, о чем можно судить по количеству публикаций на эту тему [99, 101, 120, 127, 133].

Среди исследований следует выделить те, которые направлены на улучшение рабочих характеристик решеток Ван Атта. Большая работа по электродинамическому анализу решетки плоских волноводов в режиме излучения и режиме рассеяния впервые выполнена в [46]. Выводы, сделанные в [47, 48], в дальнейшем позволили разработать решетку Ван Атта с максимально возможной шириной диаграммы рассеяния ±45° [40], что было подтверждено экспериментально [64].

Другая часть исследований направлена на изучение возможности

управления характеристиками рассеяния решеток Ван Атта. Такое

управление становится возможным благодаря наличию линий связи, в разрыв

которых можно устанавливать управляющие устройства. Во многих

литературных источниках, где описывается принцип работы решеток Ван

Атта [25], не уделяется должного внимания такому параметру, как длина

соединительных линий, а лишь указывается, что она должна быть одинакова

для всех пар излучателей. На самом деле, как показано в [50], при изменении

длины соединительных линий качественные изменения в диаграмме

рассеяния практически отсутствуют, в то время как происходят сильные

количественные - величина максимума диаграммы рассеяния изменяется в

широких пределах. Для линейной решетки Ван Атта, состоящей из пар

параллельных полуволновых диполей и без учета взаимосвязи излучателей,

максимум диаграммы рассеяния будет наблюдаться при длинах линий

передач равных 0,5Х+рХ, где р = 0, 1, 2... [70]. Это происходит потому, что

складываются в фазе две составляющих рассеянного поля: поле рассеяния

самого диполя, и поля переизлучения, обусловленного соединением пар

излучателей (обе эти составляющие относятся к т. н. антенной

составляющей). Однако, здесь же показано, что из-за наличия завязки между

излучателями, максимум диаграммы рассеяния сдвигается от положения

20

0,5Х+рХ длины линии связи. Проведенные в [26] численные исследования характеристик рассеяния математической модели Е- и Н-плоскостной вибраторной решетки Ван Атта, расположенной над бесконечным проводящим экраном, подтверждают: уровень антенной составляющей поля рассеяния зависит от длины линий связи и изменяется периодически через X. Там же сказано, что уровень структурной составляющей не зависит от длины линии связи, так как в основном определяется рассеивающими свойствами проводящего экрана, на котором расположена решетка. Именно возможность управления антенной составляющей определяет высокий потенциал применения решеток Ван Атта в качестве систем пассивного гашения. Это обусловлено тем, что на практике изменение электрической длины соединительных линий может быть реализовано очень просто, например, электронным способом с помощью фазовращателей или линий задержки, в то время как изменение величины сопротивления нагрузки антенны - задача куда более сложная.

Подобрав определенным образом длины линий передач решетки Ван Атта, можно добиться различных эффектов. Например, в [96] описан способ снижения моностатической ЭПР металлической пластины с помощью микрополосковой 4-х элементной решетки Ван Атта. Конструкция выполнена в виде трехслойной печатной платы, где верхний слой -излучатели с емкостным питанием, средний слой - линии передач, а нижний - металлический экран. Длины линий подобраны таким образом, чтобы разность фаз в них составляла 180°. При этом происходит интерференционное гашение рассеянного поля. Эксперимент показал, что такая решетка снижает моностатическую ЭПР металлической пластиты идентичного размера на 25 дБ при нормальном падении (0°), и, что характерно, продолжает снижать даже при отклонении от нормали (5 дБ при 40°). В другой работе [68], в нарушение принципа самофокусировки решетки Ван Атта, предлагается использовать линии связи разной длины с целью

переизлучения с заданным отклонением от направления прихода волны.

21

Четырехэлементная микрополосковая решетка с -15° отклонением исследована на частоте 10 ГГц. С помощью бистатических диаграмм рассеяния численно и экспериментально показано, что выбранное отклонение остается постоянным в широком секторе углов облучения ±60°. Такой эффект может быть использован, во-первых, в системах связи с пространственным разделением каналов [101], и, во-вторых, в области снижения ЭПР, так как принцип отклонения схож с принципом работы некоторых метаповерхностей [78].

Перед тем, как продолжить обзор по решеткам Ван Атта, следует сделать замечание, что она (решетка Ван Атта) не является единственной в классе ретродирективных антенн. В 1964 Чак Пон (Chuck Y. Pon) предложил ретродирективную антенную решетку на основе техники гетеродинирования [106], выгодно отличающуюся от решетки Ван Атта тем, что она инвариантна к форме поверхности, на которую она устанавливается. При этом в решетке Пона все элементы являются независимыми друг от друга, и в общем случае представляют собой антенну, подключенную к циркулятору, который в свою очередь подключен к входу и выходу смесителя (рисунок

1.1).

Рисунок 1.1- Ретродирективная решетка Пона

Сопряжение фазы в решетке Пона, требуемое для любой ретродирективной решетки, осуществляется подачей на гетеродинный вход

22

смесителя сигнала удвоенной входной частоты. В этом случае выходной сигнал смесителя будет иметь ту же частоту что и входной, и будет сопряжен с ним по фазе (т. е. иметь фазу противоположного знака). Исследование 4-х элементной решетки Пона в сравнении с двухгранным уголковым отражателем и одинаковой по размеру плоской металлической пластиной было выполнено в [118]. Это сравнение показало, что ЭПР решетки Пона на 2,33 дБ выше, чем ЭПР уголкового отражателя, но на 3,66 дБ ниже чем у пластины по направлению нормали. Но это не является строгим утверждением, так как ЭПР решетки Пона может меняться в зависимости от конструкции. Это объясняется тем, что вклад в рассеянное поле решетки Пона вносят несколько составляющих: рассеяние от подложки, от антенны, от проводящего экрана и, собственно, переизлученная антенная компонента. И в зависимости от амплитудно-фазового распределения этих составляющих меняется полное рассеянное поле. Также проводились исследования возможностей решетки Пона по управлению величиной ЭПР. В работе [89] предложена гибридная конструкция из решетки Пона, дополненной классической пассивной переизлучающей решеткой, подключенной к тем же излучателям через волноводный мост. Такая параллельная работа, в зависимости от соотношения вкладов решеток, позволила реализовать несколько режимов работы: классическая ретродирективная решетка, классическая излучающая решетка, формирователь нуля диаграммы рассеяния, расширение диаграммы рассеяния и подавление боковых лепестков. Однако, несмотря на все преимущества, решетка Пона не нашла широкого применения по причине сложности и дороговизны исполнения.

Возвращаясь к решеткам Ван Атта, следует подчеркнуть, что

последние изучаются не только в линейном или плоскостном исполнении.

Первое упоминание о возможности расположения элементов решетки Ван

Атта на дуге встречается в [93]. Показано, что для сохранения

самофокусировки, длина соединительных линий пар элементов, лежащих в

разных плоскостях, должна быть скорректирована с учетом расстояния

23

между этими плоскостями. При этом работоспособность решетки возможна только в переднем полупространстве, в «зоне видимости» элементов. Работа по расширению диаграммы рассеяния до полного углового сектора 360° выполнена в [82]. Предложено расположить ненаправленные излучатели решетки по окружности, соединив между собой диаметральные элементы. Однако при этом не учтено затенение одних излучателей другими, а также не рассмотрен вариант расположения элементов на поверхности цилиндра, что в принципе нарушило бы концепцию всенаправленного рассеяния. Управление характеристиками рассеяния дуговых переизлучающих антенных решеток рассмотрено в [9]. На модели пассивной полукольцевой решетки Ван Атта, без учета взаимной связи между излучателями, исследовано влияние длин соединительных линий. Показано, что изменением длин можно изменять форму диаграммы переизлучения, и добиться в некотором направлении как максимизации ЭПР, так и минимизации, что делает решетку «невидимой». Приведены формулы для расчета диаграмм на основной и кроссовой поляризации. Актуальным является дальнейшее исследование характеристик рассеяния дуговых и кольцевых решеток Ван Атта с учетом места установки, так как реальные конструкции предполагают расположение решетки на несущей поверхности, например, цилиндре [129].

Таким образом, благодаря более простому способу электронного

управления, решетки Ван Атта являются конкурентоспособными при

создании систем пассивного гашения. А с разработкой способов

двунаправленного усиления может стать возможным применение решеток

Ван Атта и в системах активного гашения. Впервые рассмотрение

возможности усиления рассеянного сигнала с помощью активной решетки

Ван Атта представлено в [82]. Основываясь на симметричности системы

предложено разделить пути прохождения волн на прямой и обратный с

помощью циркуляторов, и включить в каждое из направлений по усилителю.

Здесь же отмечено, что из-за близкого расположения элементов решетки

может возникать сильная взаимная связь, и чтобы ее минимизировать, можно

24

перенести переизлучаемый сигнал на другую частоту с помощью гетеродинирования. Обзор активных ретродирективных антенн [88] показывает, что прогресс в микрополосковой технике антенн в совокупности с доступностью интегральных усилителей и смесителей позволяет создавать антенные решетки с минимальными затратами. Это подтверждается работой [81], в которой предложен и экспериментально исследован двухпортовый двунаправленный усилитель, который одновременно усиливает сигналы с каждого порта. Усилитель основан на двух однопортовых полупроводниковых полевых усилителях отражательного типа и 3 дБ циркуляторе. Усиление обеспечивается в полосе 5,76-6,88 ГГц, с пиковым значением 9,1 дБ на частоте 6,04 ГГц. Сравнение 2-х элементной активной решетки Ван Атта с 4-х элементной пассивной на частоте 6,04 ГГц показало, что активная решетка увеличивает обратное рассеяние на 4,5 дБ в среднем, и расширяет ширину моностатической диаграммы на 9° до значения 74°. Активные решетки Ван Атта неоднократно упоминались в литературе, посвященной РЭП, в качестве систем постановки ответных прерывистых [44] или узкополосных [28] помех.

Метод активного гашения электромагнитных волн был перенят из

акустики и впервые описан в отечественной литературе в 1979 году

Тютекиным В. В., Уколовым А. Т. и Федорюком М. В. [57]. В работе

исследовался метод гашения стационарных волновых полей, основанный на

приемо-передающих поверхностях Гюйгенса, заключающийся в приеме

падающего поля и его переизлучении с усилением и сдвигом фаз. Показано,

что погасить электромагнитную волну возможно полностью обеспечив

равноамплитудность и противофазность рассеянного поля и поля гашения. В

обзоре [8] было высказано предположение, что метод активного гашения не

может получить большого практического применения, по причине того, что

гашение возможно лишь при стационарном первичном поле и неизменном

расположении системы гашения относительно него. Однако вскоре после

этого публикуется работа [37], посвященная компенсации рассеянного

25

фазированной антенной решеткой (ФАР) поля. Формулируется условие компенсации рассеянного поля: в направлении гашения, поле излучения антенной решетки должно быть противофазно первичному рассеянному полю, а амплитуды полей гашения и рассеяния равны. В предложенной системе, устройство компенсации рассеянного поля состоит из диаграммообразующего устройства на основе двунаправленных усилителей и взаимных фазовращателей, что несколько напоминает конструкцию управляемой решетки Ван Атта. Результаты численного исследования показывают - в направлении гашения глубина нулей составляет -40 дБ и ниже.

С развитием электроники и вычислительной техники стали появляться системы активного гашения с цифровым управлением. Так, в крупной работе [113] выполнена разработка и исследование системы активного гашения на основе таких технологий как: фазированная антенная решетка (ФАР), цифровая радиочастотная память (DRFM) и программируемая пользователем вентильная матрица (FPGA). Ключевой особенностью системы является предварительное (off-line) вычисление и накопление базы данных о ЭПР защищаемого объекта со всех ракурсов, а также информации о возможной шумовой обстановке вокруг него. Анализирующий модуль извлекает информацию о параметрах зондирующего радарного сигнала (направление, частота, мощность и т. д.), и по ним находит в базе данных характеристики рассеяния объекта, которые в реальном времени используются для когерентной подстройки амплитуды и фазы сигнала гашения. Таким образом, приемник радара всегда находится в направлении нуля диаграммы рассеяния. Результаты численного моделирования показали, что такая система способна снизить дальность обнаружения на 25%. В последующей работе [112] результаты были улучшены, и показано, что дистанция обнаружения движущейся цели может быть снижена на 74-77%.

В работе [132] на основании приближенного решения задачи рассеяния

было выполнено сравнение эффективности систем гашения активного и

26

пассивного типа, выполненных в виде плоской решетки полубесконечных плоскопараллельных волноводов. Результаты показали, что с помощью плоской САГ возможно снижение РЛЗ более чем на 20 дБ, однако в узком секторе углов, меньшем ширины лепестка моностатической диаграммы рассеяния. Указано, что САГ обладает большим потенциалом в гашении, чем СПГ, требуя при этом меньшее число антенн.

Системы активного гашения могут быть исследованы с помощью электродинамического моделирования в САПР, так как современные численные методы позволяют добиться точности расчета, сопоставимой с результатами натурных испытаний [43, 69]. Так, в работе [109] методом конечных элементов исследована цилиндрическая ФАР из прямоугольных микрополосковых печатных антенн. Рассмотрены варианты управления величиной ЭПР такой системы в X-диапазоне, и показано, что бистатической ЭПР такой решетки можно управлять в секторе углов ±120° в диапазоне 3-25 дБ.

Известны работы, в которых исследовались САГ, установленные на полноразмерные электродинамические модели летательных аппаратов типа «Стелс». Не секрет, что «Стелс» технология эффективна в миллиметровом диапазоне длин волн, в то время как в метровом и дециметровом диапазоне ее применение бесполезно. По этой причине в работах [108, 110] исследование выполнялось в диапазоне частот 2-30 МГц. В качестве излучателей использовались конформные магнитные антенны в малозаметном исполнении, расположенные в нише в верхней части фюзеляжа. Получены амплитудно-фазовые соотношения сигналов в портах антенн, обеспечивающих активное гашение в заданном направлении на заданной частоте. Обеспечено глубокое гашение до -50 дБ достигаемое в узком секторе углов наблюдения 4°.

В одной из немногих экспериментальных работ [105] рассмотрена 8-

элементная антенная решетка с циркуляторами и фазовращателями

предназначенная для снижения ЭПР. Принцип работы решетки заключается

27

в компенсации структурной компоненты (поля рассеянного решеткой) с помощью антенной компоненты (поля переизлучения решетки). При этом управление фазой антенной компоненты производится электронным способом с помощью цифрового фазовращателя, а для компенсации потерь в циркуляторе используется усилитель, включенный последовательно с фазовращателем. Показана возможность подстройки системы для работы на разных частотах, и при разных углах наблюдения. Достигнуто 10 дБ снижение ЭПР в секторе углов 16°.

Обзор литературных источников позволяет заключить, что решетка Ван Атта представляет собой перспективный управляемый отражатель, который благодаря своим свойствам может быть применен в системах гашения как пассивного, так и активного типа. Особенный интерес представляют цилиндрические решетки Ван Атта, как наименее исследованные, в то время как тела такой формы весьма распространены. Цилиндр, в отличие от плоскости, имеет равномерную моностатическую ЭПР в поперечной плоскости, а значит снижение его РЛЗ в широком секторе углов - задача, требующая решения. К тому же большинство защищаемых объектов может быть аппроксимировано цилиндром (кромки крыла, фюзеляж, киль). Поэтому актуальным является исследование рассеивающих свойств решеток Ван Атта, расположенных на поверхности проводящего цилиндра.

1.2 В последние два десятилетия стремительное развитие получили

системы активного подавления, или по-другому системы активной

постановки помех (АПП). Все системы АПП разделяют единый принцип

работы: излучение в направлении на приемник локатора так называемого

сигнала подавления (jamming signal). При этом прообразом сигнала

подавления может служить зондирующий сигнал, определенным образом

преобразованный системой АПП и переизлученный обратно. По этой

причине САГ на основе решетки Ван Атта позволяет реализовать

28

дополнительные функции РЭБ, тем самым расширяя функционал системы и повышая скрытность защищаемого объекта. Управляющее устройство выступает в качестве модулятора, и в зависимости от типа и закона модуляции формирует различные эффекты АПП, среди которых: постановка ложных целей [126], заградительные шумовые помехи [100], имитация эффекта Доплера [66] и снижение РЛЗ [113]. Математическое описание и подробная классификация методов АПП по способу формирования сигнала подавления, а также по реализуемым эффектам АПП предложена в [92].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Топалов Феруз Сетмерович, 2019 год

- /

/ -71

/ /

50 МГц 60 МГц

-

т

!

¿u mi ц ou mi ц чи МГц

\ V,

- —\ ¡а__

\

■ _ * -

1 1 гт Mili "IT! 1 | 1 1 1 1 J 1 III III 1 1 и м I М - I ¡ м м I м м 1

х, м

Рисунок 5.9 - Численный расчет распределения Ех(х) при у — -, г — I

а 2

Рисунок 5.10 - Численный расчет распределения Ех(у) при х~ 2 — I ~ ~

Сравнивая результаты расчета по строгому решению (рисунок 5.3, 5.4, 5.6) с численными расчетами (рисунок 5.8, 5.9, 5.10) можно убедиться в их полном соответствии, что подтверждает корректность найденного строгого решения.

Воспользуемся функцией САПР НГББ, позволяющей визуализировать картину поля, и рассмотрим распределение амплитуды напряженности электрического поля в горизонтальной плоскости при разных углах поворота излучателя в.

График распределения амплитуды поля Е в плоскости У — ~ при в — 90° изображен на рисунке 5.11. Из рисунка 5.11 видно, что при в — 90°

а

картина поля симметрична относительно х — -, однако эта симметричность

нарушается при углах в Ф 0°; 90°, например при в — 45° (рисунок 5.12). Отметим, что в зависимости от частоты и размеров резонатора эта несимметричность проявляется по-разному. В данном случае несимметричность явно выражена на частоте 20 МГц, и практически незаметна на частотах 50 и 60 МГц (рисунок 5.13).

dB(E Field)

20,00 10,00 0,00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00

I

-50.00 -60.00 -70.00 -30.00 -90.00 -100.00

Z к

Рисунок 5.11 - Распределение напряженности поля Е в плоскости У — ~ при в — 90° на частотах: 20 МГц (слева), 60 МГц (справа)

[JB<Е Field)

20.00 10,30 0. 00 -10.00 -20.00 -30.00 -40.00 -50.00

|

-60.00 -70.00 -80.00 -90.00 -100.00

Рисунок 5.12 - Распределение напряженности поля Е в плоскости У — ~ при в — 45° на частотах: 20 МГц (слева), 60 МГц (справа)

50

\Ех(х)\,дБ

25 0

-25 -50 -75 - 100

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

X, М

Рисунок 5.13 - График распределения Ех(х) при У — ^ — I ~ 6 = 45°

Не смотря на то, что на частоте 60 МГц, распределение Ех(х) практически не зависит от координаты х (рисунок 5.11-5.13), в общем случае распределение Ех(х) при углах 0^0,- имеет сложный, несимметричный характер, с множеством минимумов, особенно на высоких частотах.

5.5 Исследование направленных свойств излучателя

Приведенные подразделе 5.4 графики распределения поля Е позволяют получить понимание объемной картины поля на частотах ниже и выше низшей резонансной (5.10). Однако с практической точки зрения наибольший интерес представляет вопрос достоверности измерения направленных свойств излучателя в безэховой камере на частотах диапазонов МВ и ДКМВ, и в том числе на запредельных частотах резонатора.

Используя строгое решение, найденное в подразделе 5.3, вычислим диаграмму направленности (ДН) ЭЭВ измеренную в различных точках наблюдения на двух частотах: 20 и 60 МГц, при фиксированном положении

-20 МНг ----30 МНг 40 МНг ооо 50 МНг ©оо 60 МНг -< <

aba _

источника в xQ — - ,у0 — - ,zQ — - , так как последний обычно

устанавливается на опорно-поворотное устройство, положение которого юстировано.

При изменении положения точки наблюдения вдоль координаты z, и при фиксированных х = ^,у = ДН ЭЭВ в точках z = 0,7/; 0,8/; 0,9/ примет вид, изображенный на рисунке 5.14.

\Ех(в)\

90

\Ех(в)\

90

•• 2=0.71 --■ z=0.81 — 2=0.91

2=0.71 г=0.81 2=0.91

Рисунок 5.14 - ДН ЭЭВ при х = = = 0,7/; 0,8/; 0,9/, на частотах: 20 МГц (слева), 60 МГц (справа)

Как видно из рисунка 5.14 изменение положения точки наблюдения вдоль координаты г не оказывает качественного влияния на форму ДН ЭЭВ. Изменяется только напряженность поля в точке приема (т. е. уровень измеренной ДН). При измерениях в БЭК стоит выбирать продольное положение точки наблюдения исходя из критерия приема максимума сигнала. Руководствоваться при этом можно заранее вычисленным распределением Ех(г) (рисунок 5.3).

При изменении положения точки наблюдения вдоль оси у , при фиксированном положении х — ^, г — I — ^ , ДН ЭВВ в точках у — 0,3Ь; 0,4Ь; 0,5Ь выглядит, как показано на рисунке 5.15.

\Ех(в)\

90

\Ехт

90

.... у=о.ЗЬ у=0_4Ь -у=0.5Ь

.... у=0.3Ь у=0.4Ь -у=0.5Ь

Рисунок 5.15 - ДН ЭЭВ при х = -,г = 1--,у = 0,3Ь;0,4Ь;0,5Ь,

на частотах: 20 МГц (слева), 60 МГц (справа)

Анализируя ДН ЭЭВ, измеренную в разных положениях по вертикальной оси, видно (рисунок 5.15), что происходят только изменения уровня ДН, причем для каждой из частот справедливо уменьшение уровня

измеряемой ДН при отклонении положения точки наблюдения от У — Это

объясняется графиком, изображенным на рисунке 5.6. В центре камеры по вертикали напряженность поля максимальна и снижается при сближении с полом или потолком, по этой причине при измерениях точку наблюдения рекомендуется располагать именно на уровне половины высоты камеры.

Особый интерес представляет случай, когда при фиксированном

положении точки наблюдения у — — I — ^, ДН измеряется в точках

х — 0,3а; 0,4а; 0,5а (рисунок 5.16). Видно, что на частоте 20 МГц отклонение

138

_ и

точки наблюдения вдоль оси х от положения х — - приводит к тому, что

измеренная ДН ЭЭВ поворачивается на некоторый угол, но с сохранением своей форму. На частоте 60 МГц такой поворот не происходит (во всяком случае на первый взгляд он малозаметен), и может сложиться ошибочное впечатление, что на частотах выше резонансной, поворота ДН не происходит.

\Ехт

90

\Ехт

90

-*** х=0.3а

----х=0.4а

-х=0.5а

.... х=0.3а

----х=0.4а

-х=0.5а

Рисунок 5.16 - ДН ЭЭВ при у = = / — |,х = 0,3а; 0,4а; 0,5а, на частотах: 20 МГц (слева), 60 МГц (справа)

Как говорилось ранее в подразделе 5.4, поперечное распределение составляющей Ех(х) носит сложный характер, различный на разных частотах. Покажем это при частоте возбуждения 100 МГц.

График распределения Ех(х) при У = ^ = I — | для углов в — 45°, 90° на частоте 100 МГц изображен на рисунке 5.17. Как видно, при в — 90° распределение Ех(х) является симметричным относительно х = ~, о чем говорилось ранее. Но при повороте излучателя (в — 45°), симметричность

нарушается, и распределение приобретает сложный характер, обусловленный суперпозицией волн, переотраженных от стен камеры (рисунок 5.18).

зо

|£Л.(х)[,дБ

20 10 0

-10 -20 -30 -40

0.5

1.5

я + ■ * * ' -9 = 90° ----в - 45°

■ * _ * ^ • * * * _ * ^^^^ --- % ч * к

Ф л

\ У* 1 1 • » * * * 4 1 ё €

> ш » г » » ' 1 1 1 1 ■ 1 9 Ш

1 1 ■» •р 1 ■ 1 1 1

Ч ч 1 1 1 N }

2.5

X, М

3.5

4.5

Рисунок 5.17 - График распределения Ех{х) при у — г — I для в = 45°, 90°, на частоте 100 МГц

а 2'

Рисунок 5.18 - Распределение напряженности поля Е

в плоскости у — - при в — 45° на частоте 100 МГц

Поворот ДН ЭЭВ, наблюдаемый на частоте 100 МГц (рисунок 5.19), подтверждает сказанное, а отсутствие поворота на частоте 60 МГц (рисунок 5.16 справа) - лишь частный случай.

х=0.3а

----х=0.4а

-х=0.5а

Рисунок 5.19 - ДН ЭЭВ при у = ^,г = I — = 0,3а; 0,4а; 0,5а,

на частоте 100 МГц

Важно отметить, что при угол и направление поворота

измеренной ДН зависит от частоты и от положения точки наблюдения по координате г, и не зависит от положения точки наблюдения по координате у (в этом случае происходит только количественное изменение ДН).

Таким образом, при проведении измерений в БЭК на частотах, близких к запредельным, на горизонтальной поляризации особенно важное внимание следует уделять позиционированию точки наблюдения вдоль координаты х. Во избежание «поворота» измеренной ДН, точка наблюдения должна располагаться строго посередине ширины камеры. Исходя из этих же соображений, отметим, что среди координат положения точки источника поля (х0,у0,г0) критичным также является положение вдоль оси х.

5.6 Экспериментальные исследования

С целью проверки достоверности антенных измерений в БЭК в диапазоне МВ и ДКМВ, были проведены экспериментальные исследования направленных свойств излучателя [48]. Измерения выполнялись на частотах 20, 40 и 60 МГц на горизонтальной поляризации. В качестве испытуемой выступала коротковолновая антенна, расположенная на масштабной модели летательного аппарата. Измерения выполнялись по методу наложения диаграмм направленности, согласно которому измеренные на разных расстояниях ДН накладываются друг на друга, а затем относительно средней диаграммы направленности погрешностью считают величину разброса остальных измерений [42]. Таким образом, степень отличия диаграмм говорит о достоверности измерений.

Испытуемая (передающая) и измерительная (приемная) антенны

располагались на продольной оси БЭК в положении х = ^ ,у = Расстояние

между антеннами изменялось в диапазоне 7,3 - 8,5 м с шагом 0,1 м путем перемещения опорно-поворотного устройства по направляющим рельсам. Нормированные результаты измерений в сравнении с результатами численного моделирования приведены на рисунках 5.20-5.22. Из рисунка 5.20 видно, что экспериментальные ДН очень сильно зашумлены и имеют неравномерность 10-15 дБ. Из-за того, что частота 20 МГц является запредельной для резонатора, поле в точке наблюдения ослаблено на -100 дБ (рисунок 5.3). С ростом частоты зашумленность снижается, и на частоте близкой к /011 (5.10) уже практически незаметна (рисунок 5.21), а на частоте выше /011 измеренные ДН имеют преимущественно гладкий характер (рисунок 5.22). С ростом частоты также уменьшается разница между отдельными ДН внутри семейства наложенных ДН, что свидетельствует о повышении уровня сигнала в точке наблюдения. Усредненная экспериментальная ДН отличается в максимумах от расчетной не более чем на 3 дБ на всех частотах, что говорит о корректности подобных измерений.

142

Рисунок 5.20 - ДН антенны: эксперимент (слева), расчет (справа); 20 МГц

180 -190

Рисунок 5.21 - ДН антенны: эксперимент (слева), расчет (справа); 40 МГц

180 -190

5.7 Выводы

В данном разделе рассмотрен вопрос возможности и достоверности измерения направленных свойств излучателей в экранированной безэховой камере на частотах диапазона МВ и нижней части ДКМВ. На таких частотах примененный радиопоглощающий материал перестает ослаблять радиоволны, а вся камера может быть рассмотрена в качестве прямоугольного резонатора с проводящими стенками.

Поставлена и строго решена задача возбуждения прямоугольного резонатора с помощью горизонтально ориентированного элементарного электрического вибратора. Выполнено численное моделирование, подтвердившее верность строгого решения. Исследовано распределение поперечной составляющей напряженности электрического поля вдоль осей резонатора (камеры), и показано, что на запредельных частотах (на частотах ниже низшей резонансной) амплитуда колебаний быстро уменьшается при увеличении расстояния между источником и точкой наблюдения. Исследовано влияние положения точки наблюдения на результат измерения ДН, и показано, что перемещение точки наблюдения вдоль длины и высоты резонатора влияет только на амплитуду измеренной ДН, в то время как поперечное перемещение приводит к повороту измеренной ДН. При этом направление и угол поворота ДН зависят от частоты и положения точки наблюдения вдоль длины и высоты резонатора. На основании результатов исследования предложены рекомендации по расположению точки наблюдения при проведении подобных измерений в БЭК на горизонтальной поляризации:

1. Располагать точку наблюдения строго посередине ширины камеры (ось X), так как отклонение от этого положения приводит к повороту измеренной ДН.

2. Располагать точку наблюдения посередине высоты камеры (ось У), при этом допускается отклонение в большую и меньшую сторону, влияющее только на амплитуду измеренной ДН.

3. Располагать точку наблюдения вдоль длины камеры (ось 7) стоит в тех положениях, в которых находится максимум поля, и которые могут быть предварительно определены с помощью результатов строгого решения.

Указанные рекомендации справедливы в случае, когда источник поля (испытуемая антенна) расположен строго посередине высоты и ширины камеры.

Выполнено экспериментальное исследование ДН антенны в БЭК на частотах 20, 40 и 60 МГц. Измерения, выполненные методом наложения диаграмм, показали хорошее сходство с результатами численного моделирования испытуемой антенны. Так, на всех частотах, усредненная ДН отличается от расчетной не более чем на 3 дБ в направлении максимумов ДН. Отмечено, что на запредельных частотах БЭК, из-за низкого уровня сигнала в точке наблюдения, экспериментальные ДН сильно зашумлены, что может потребовать применения усилителя с высоким коэффициентом усиления в приемном тракте.

Полученные в этом разделе результаты изложены в работе [130], выполненной в соавторстве.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные в данной диссертационной работе теоретические и экспериментальные исследования позволяют заключить следующее:

1.1 Впервые поставлена и решена двумерная задача рассеяния плоской электромагнитной волны на поверхности кругового идеально проводящего цилиндра с волноводной решеткой Ван Атта, с излучателями в виде открытых концов волноводов, соединенных плоскопараллельным многомодовым однородным по длине волноводом. Задача сведена к решению интегрального уравнения относительно вектора напряженности электрического поля в раскрывах излучателей. Решение получено приближенно, в предположении, что волновод является одномодовым, а взаимосвязь между излучателями происходит только через него.

1.2 Получено выражение для диаграммы обратного рассеяния волноводной решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, представленное в виде суммы антенной и структурной составляющих.

1.3 Исследовано влияние параметров конструкции решетки Ван Атта, таких как радиус цилиндра, размер апертуры антенн, угол положения антенн и длина волновода, на рассеивающие свойства системы для случаев ка = 20,40; кЬ = 1,3,6. Исследовано условие пассивного снижения обратного рассеяния в направлении нормали к решетке, описан способ выполнения этого условия.

1.4 Разработана электродинамическая модель волноводной решетки Ван Атта (рисунок 2.14), расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, и численно исследованы ее характеристики рассеяния, показавшие хорошее совпадение с результатами приближенного решения.

1.5 Показано, что волноводная решетка Ван Атта на цилиндре обеспечивает пассивное снижение обратного рассеяния на 15 дБ ± 5 дБ в направлении по нормали к решетке, в зависимости от параметров ка, кЬ.

2.1 Для увеличения глубины снижения обратного рассеяния, и для осуществления сканирования нулем ДОР, была предложена система активного гашения на основе волноводной управляемой решетки Ван Атта, расположенной на поверхности проводящего кругового цилиндра, и разработана ее электродинамическая модель.

2.2 Описана двунаправленная схема устройства управления решетки Ван Атта на основе циркуляторов, усилителей и фазовращателей, позволяющая настраивать коэффициенты усиления и сдвиги фаз независимо в каждом из направлений переизлучения сигнала.

2.3 Найдены условия снижения обратного рассеяния в виде мощности и начальных фаз сигналов, подводимых к антеннам решетки, с помощью которых впоследствии были рассчитаны коэффициенты усиления и сдвиги фаз сигналов в плечах управляемой решетки Ван Атта.

2.4 Показано, что для снижения обратного рассеяния мощность сигнала гашения (в дБ) должна быть прямопропорциональна величине амплитудной ДОР САГ с согласованными антеннами (в дБ), а начальная фаза сигнала гашения должна отличаться на 180 градусов от фазовой ДОР САГ с согласованными антеннами.

2.5 Численно исследованы направленные и частотные свойства САГ в режиме гашения. Показано, что такая САГ осуществляет прицельное гашение на 50 дБ, или же не менее 10 дБ гашения в секторе углов от 16° до 3° (рисунок 3.22) и в полосе частот от 600 МГц до 300 МГц (рисунок 3.23) в зависимости от угла падения, который может изменяться в пределах ±40°.

3.1 Исследована фазовая модуляция переизлученного решеткой Ван

Атта сигнала применительно к области РЭП. Рассмотрено два частных

случая фазовой модуляции: п-манипуляция и квазилинейная фазовая

модуляция. Показано, что в первом случае возможна постановка помехи типа

«ложные цели», а во втором имитация эффекта Доплера. Для каждого из

случаев описаны типы модулирующих сигналов, а также влияние ширины их

спектра на достижение перечисленных эффектов фазовой модуляции.

147

3.2 Экспериментально показано что в случае п-манипуляции подавление несущей частоты на 25 дБ и более (относительно уровня первой боковой гармоники) возможно в полосе частот модуляции 600 кГц на частотах 6, 9, 12 ГГц, а при квазилинейной модуляции возможен сдвиг частоты до 5 МГц с подавлением несущей на 15 дБ (относительно уровня составляющей Доплеровской частоты) на частотах 6, 9 ГГц.

4.1 Решена задача возбуждения безэховой камеры в виде прямоугольного резонатора с помощью горизонтально ориентированного элементарного электрического вибратора в диапазонах МВ и ДКМВ. Найдено выражение для поперечной составляющей напряженности электрического поля и исследовано ее распределение вдоль осей камеры.

4.2 Исследован характер изменений в форме измеренной ДН антенны в зависимости от положения точки наблюдения в камере, при условии, когда источник поля (испытуемая антенна) расположен строго посередине высоты и ширины камеры. Показано, что перемещение точки наблюдения вдоль длины и высоты камеры влияет только на амплитуду ДН, в то время как поперечное перемещение может приводить к повороту измеренной ДН.

4.3 Сформированы рекомендации по расположению точки наблюдения при проведении измерений в экранированной БЭК на горизонтальной поляризации в диапазоне МВ и ДКМВ, где РПМ камеры неэффективен.

Таким образом, поставленные задачи решены, а цели достигнуты. Дальнейшие исследования по теме диссертации могут выполняться в следующих направлениях:

1. Расширение сектора углов и полосы частот гашения;

2. Экспериментальные исследования систем гашения активного типа;

3. Разработка систем активного гашения, осуществляющих сканирование нуля ДОР в двух плоскостях;

4. Разработка систем активного гашения с учетом установки на реальные объекты техники.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абубакаров А. Г., Нойкин Ю. М., Мануилов М. Б., Гершенович В. В., Вербенко И. А., Резниченко Л. А. Радиопоглощающие материалы на основе сегнетоэлектрических и антисегнетоэлектрических композиций // Вестник южного научного центра РАН. - 2015. - Т.11, №2. - С. 17-22.

2. Алексеев А. Г., Штагер Е. А., Козырев С. В. Физические основы технологии STEALTH. - СПб.: ВВМ, 2007. - 284 с.

3. Ананьин Э. В., Ваксман Р. Г., Патраков Ю. М. Методы снижения радиолокационной заметности // Зарубежная радиоэлектроника. - М. - 1994.

- №4-5. - С. 5-21.

4. Арабаджи В. В. Исследование активных методов гашения низкочастотных волн: дис. кан. физ.-мат. наук: 01.04.03. - Нижний Новгород, 1994.

5. Бакулев П. А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004. - 320 с.

6. Балабуха Н. П., Зубов А. С., Солосин В. С. Компактные полигоны для измерения характеристик рассеяния объектов / под общ. ред. Н. П. Балабухи. - М.: Наука, 2007. - 266 с.

7. Балестриери Э., Дапонте П., Рапуано С. Цифро-аналоговые преобразователи: метрологический обзор // Датчики и Системы. - 2005. -№1. - С. 61-67.

8. Бененсон Л. C., Фельд Я. Н. Рассеяние электромагнитных волн антеннами (обзор) // Радиотехника и электроника. - М. - 1988. - Т. 33. - №2.

- С. 225-246.

9. Бледнов В. И., Дегтярь Н. Н., Наумович С. В. Характеристики направленности дуговых переизлучающих антенных решеток // Радюелектронш i комп'ютерш системи. - 2008. - №2. - С. 8-11.

10. Борзов А. Б., Лиходеенко К. П., Муратов И. В., Павлов Г. Л., Сучков В. Б. Пути развития систем ближней радиолокации миллиметрового

диапазона волн // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2009. -№10. URL: http://jre.cplire.ru/alt/oct09/3/text.pdf (Дата обращения: 14.02.2019).

11. Бутрым А. Ю., Казанский O. В., Колчигин H. H. Решетка Ван-Атта из расширяющихся щелевых антенн (РЩА) для широкополосных импульсных сигналов // Успехи современной радиоэлектроники. - 2005. -№5. - С. 60-64.

12. Вартанесян В. А. Радиоэлектронная разведка. - М.: Воениздат. -1975. - 255 с.

13. Геворкян А. В. Гашение полей рассеяния объектов системой антенн Вивальди: дис. кан. тех. наук: 05.12.07. - Таганрог, 2016.

14. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы Учебник для вузов. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Сов. радио, 1977. - 608 с.

15. Демаков А. В., Комнатнов М. Е., Газизов Т. Р. Обзор исследований в области разработки и применения реверберационных камер для испытаний на электромагнитную совместимость // Системы управления, связи и безопасности. - 2018. - №2. URL: http://sccs.intelgr.com/archive/2018-02/09-Demakov.pdf (Дата обращения: 14.02.2019).

16. Денисенко В. В., Козлов Ю. И., Соловьев Г. К., Тоболев А. К., Шабанов Р. И., Шишлов А. В. Радиоизмерения в специализированных безэховых камерах // Радиотехника. - 2008. - №10. - С. 8-15.

17. Дмитриев Ф. К. Работа в США по программе «Стелс» // Зарубежное военное обозрение. - 1985. - № 1. - С. 49-51.

18. Ерохин Г. А. О предельно достижимом соотношении между поглощенной и рассеянной мощностями // Радиотехника и электроника. -1983. - Т. 28, №7. - С. 1268- 1274.

19. Ерохин Г. А., Кочержевский В. Г. Исследование возмущающего действия приемных антенн на плоскую волну // Радиотехника и электроника. - 1993. - Т. 38, №6. - С. 1005.

20. Исаев В. М., Кабанов И. Н., Комаров В. В., Мещанов В. П.

Современные радиоэлектронные системы терагерцового диапазона //

150

Доклады Томского Государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2014. - №4. - С. 5-21.

21. Касьянов А. О., Обуховец В. А. Частотно-избирательные поверхности. Основные области применения // Антенны. Изд-во Радиотехника. - 2008. - №11. - С. 17-24.

22. Кедров С. Большой небесный глаз. Самолёт радиолокационного дозора США «Хокай» E-2 // Крылья Родины. - 2000. - № 1. - С. 15-19.

23. Кирсанов В. А. Разработка в США авиационной техники по программе «Стелс» // Зарубежное военное обозрение. - 1989. - №3. - С. 4044.

24. Кисель Н. Н., Грищенко С. Г., Дерачиц Д. С. Исследование низкопрофильных конформных микрополосковых антенн // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2015. - №3. - С. 240-248.

25. Кобак В. О. Радиолокационные отражатели. - М.: «Сов. радио», 1975. - 248 с.

26. Кузнецов А. А. Характеристики рассеяния линейных вибраторных решеток Ван-Атта // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. -2014. - №5. URL: http://jre.cplire.ru/iso/may14/6/text.pdf (Дата обращения: 14.02.2019).

27. Кузнецов Е. В., Чесноков Ю. С., Семенихин А. И. Способы замкнутого управления рассеянием электромагнитных волн с помощью интеллектуальных покрытий и структур // Труды международной научной конференции Излучение и Рассеяние Электромагнитных Волн ИРЭМВ-2003. - Таганрог: Изд-во ЮФУ. - 2003. - С. 198-204.

28. Куприянов А. И., Сахаров А. В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. - М.: Вузовская книга, 2007. - 356 с.

29. Лагарьков А. Н., Кисель В. Н. Метаматериалы: фундаментальные исследования и перспективы применения // Энергия: экономика, техника, экология. - 2018. - №1. - С. 10-20.

30. Лагарьков А. Н., Погосян М. А. Фундаментальные и прикладные проблемы Стелс-технологий // Вестник российской Академии Наук. - 2003. -Том 73. - №9. - С. 779-787.

31. Лагарьков А. Н., Федоренко А. И., Кисель В. Н., Кибец С. Г., Семененко В. Н. Актуальные задачи Стелс-технологий // Институт теоретической и прикладной электродинамики Российской академии наук. [Электронный ресурс]. — URL: http://www.itae.ru/science/topics/№4%20(стелс).pdf (Дата обращения: 14.02.2019).

32. Латыпова А. Ф. Исследование возможности применения антенн Вивальди, нагруженных сосредоточенными элементами, в качестве радиопоглощающей структуры // Теория и техника радиосвязи. - № 3. - 2014.

- С. 84-90.

33. Латыпова А. Ф., Калинин Ю. Е. Анализ перспективных радиопоглощающих материалов // Вестник ВГТУ. - 2012. - №6. - С. 70-76.

34. Латыпова А. Ф., Рыжиков А. Г. Разработка радиопоглотителя на основе печатных биконических вибраторов, нагруженных резисторами // Вестник ВГТУ. - 2014. - Т. 10, № 6. - С. 88-92.

35. Львова Л. А. Радиолокационная заметность летательных аппаратов.

- Снежинск: Изд-во РФЯЦ. ВНИИТФ. - 2003. - 232 с.

36. Майзельс Е. Н., Торгованов В. А. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М.: Сов. радио, 1972, - 232 с.

37. Максимов В. М. Снижение ЭПР ФАР методом активного гашения // Радиотехника. - М. - 1995. - №7-8. - С. 69-72.

38. Манахова М. С., Шорохова Е. А. О возможности применения метаструктур в радиолокации // Проектирование и технология электронных средств. - 2012. - №3. - С. 12-14.

39. Марков Г. Т., Чаплин А. Ф. Возбуждение электромагнитных волн. -М.: Энергия, 1967. - 376 с.

40. Мерглодов И. В. Многомодовая волноводная решетка Ван-Атта: дис. кан. тех. наук: 05.12.07. - Таганрог, 2014.

41. Михайлов Г. Д., Сергеев В. К, Соломон Э. А., Воронов В. А. Методы и средства уменьшения радиолокационной заметности антенных систем // 3арубежная радиоэлектроника. - М. - 1994. - №4-5. - С. 54-59.

42. Мицмахер М. Ю., Торгованов В. А. Безэховые камеры СВЧ. - М.: Радио и связь, 1982. - 128 с.

43. Обуховец В. А., Касьянов А. О. Микрополосковые отражательные антенные решетки. Методы проектирования и численное моделирование. Монография / Под ред. В.А. Обуховца. - М.: Радиотехника, 2006. - 240 с.

44. Перунов Ю. М., Фомичев К. И., Юдин Л. М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем управления оружием. М.: Радиотехника, 2003. - 416 с.

45. Петров Б. М., Семенихин А. И. Управляемые импедансные покрытия и структуры // Зарубежная радиоэлектроника. - 1994. - № 6. - С. 916.

46. Привалова Т. Ю. Электродинамический анализ характеристик излучения и рассеяния решеток плоских волноводов: дис. кан. физ.-мат. наук: 01.04.03. - Ростов-на-Дону, 2007.

47. Привалова Т. Ю., Синявский Г. П., Юханов Ю. В. Анализ характеристик рассеяния двумерной решетки Ван-Атта // Электромагнитные волны и электронные системы. - 2007. - №5. - С. 58-65.

48. Привалова Т. Ю., Юханов Ю. В. Рассеяние плоской волны на двумерной модели решетки Ван-Атта // Антенны. - 2007. - №5. - С. 24-30.

49. Родин В., Неведомский Е. Самолётная система «Авакс» // Зарубежное военное обозрение. - 1975. - №6. - С. 58-62.

50. Сазонов Д. М., Школьников А. М. Рассеяние электромагнитных волн нагруженной антенной решеткой // Радиотехника и электроника. - 1974. - Т. 19, №4. - С. 679-686.

51. Семенихина Д. В., Юханов Ю. В., Привалова Т. Ю. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы: Учебное пособие. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - 266 с.

52. Семенов Н. А. Техническая электродинамика. Учебное пособие для вузов. - М.: Связь, 1973. - 480 с.

53. Сколник М. Справочник по радиолокации / Под ред. Сколника М. Нью-Йорк. - 1970. Пер. с англ. (в четырех томах) под общей ред. Трофимова К. Н.. Том 1. Основы радиолокации. Под ред. Ицхоки Я. С.. - М.: Сов. радио, 1976. - 456 с.

54. Солонин А. С. Развитие загоризонтной радиолокации на начало XXI века // Символ Науки. - 2016. - №7-2(19). - С. 87-90.

55. Топалов Ф. С. Численное исследование характеристик рассеяния цилиндрической системы активного гашения на основе управляемой решетки Ван-Атта // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. - 2019. - №1. URL: http://jre.cplire.ru/jre/jan19/12/text.pdf (Дата обращения: 14.02.2019).

56. Топалов Ф. С., Юханов Ю. В., Ильин И. В. Компенсационный метод измерения диаграмм обратного рассеяния малозаметных объектов в безэховой камере // Тезисы докладов X Всероссийской научно-технической конференции "Метрология в Радиоэлектронике" «ВНИИФТРИ». - 2016. - С. 282-283.

57. Тютекин В. В., Уколов А. Т., Федорюк М. В. Активное гашение электромагнитных волн // Радиотехника и электроника. - 1979. - Т. 24, №10. - С. 1982-1988.

58. Устименко Л. Г., Хандогина Е. Н., Владимиров Д. Н. Применение наноматериалов для поглотителей электромагнитных волн // Проблемы черной металлургии и материаловедения. - 2009. - №2. - С. 81-84.

59. Фельд Я. Н. О минимизации интегрального поперечника рассеяния апертурных антенн // Радиотехника и электроника. - 1994. - Т. 39, №3. - С. 390-394.

60. Чабанов В. А. Об уязвимости технологии «Стелс» и потенциале радиопоглощающих покрытий // Авиационные системы. - 2017. - №8. - С. 36-53.

61. Юханов Ю. В., Ильин И. В., Мерглодов И. В., Топалов Ф. С., Мельник Т. Г. Управление спектром отраженного сигнала решетки Ван-Атта с помощью фазовращателя Hittite HMC247 // Труды международной научной конференции Излучение и Рассеяние Электромагнитных Волн ИРЭМВ-2015. - Таганрог: Изд-во ЮФУ. - 2015. - C. 305-310.

62. Юханов Ю. В., Костромитин Г. И., Смирнов Е. А., Чекрыгин А. Э. Управляемый отражатель на основе решетки Ван-Атта // Всероссийская НТК «Направления совершенствования методов и средств снижения заметности для разработки перспективных образцов вооружения и военной техники». -Воронеж, 2006., Тез. докл. - С. 101-106.

63. Юханов Ю. В., Мерглодов И. В., Демшевский В. В., Ильин И. В., Орда-Жигулина М. В., Schuenemann K. Исследование возможности антенных измерений в диапазоне частот 20-300 МГц в условиях безэховой камеры ЦКП «ПЭДиАИ» ЮФУ // Труды международной научной конференции Излучение и Рассеяние Электромагнитных Волн ИРЭМВ-2013. - Таганрог: Изд-во ЮФУ. - 2013. - C. 54-62.

64. Юханов Ю. В., Мерглодов И. В., Крюк Е. В., Топалов Ф. С., Ильин И. В. Экспериментальные исследования характеристик рассеяния многомодовой волноводной решетки Van-Atta в безэховой камере // Инженерный Вестник Дона. - 2015. - №1. - С. 1-14.

65. Юханов Ю. В., Привалова Т. Ю., Крюк Е. В., Топалов Ф. С., Мерглодов И. В. Дифракция плоской волны на волноводной решетке Ван-Атта, расположенной на поверхности идеально проводящего цилиндра // Антенны. - 2019. - №2. - С. 17-24.

66. Юханов Ю. В., Федосов В. П. Имитация доплеровского смещения частоты и влияние смещения на моноимпульсную РЛС // Всероссийская НТК

«Информационно-телекоммуникационные технологии». Сочи, 19-26 сентября 2004г., Тез. докл. - М.: Изд-во МАИ, 2004. - С. 87-88.

67. Analog Devices, Inc. URL: http://www.analog.com/ (Дата обращения: 14.02.2019).

68. Ang P., Eleftheriades G. V. A Passive Redirecting Van Atta-Type Reflector // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2018. - Vol. 17, № 4. - P. 689-692.

69. ANSYS, Inc. URL: https://www.ansys.com/ (Дата обращения: 14.02.2019).

70. Appel-Hansen J. Coupling in reflector arrays // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1968. - Vol. 16, № 6. - P. 759-760.

71. Besnier P., Lemoine C., Sol J., Floc'h J. Radiation pattern measurements in reverberation chamber based on estimation of coherent and diffuse electromagnetic fields // 2014 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA). - 2014. - P. 1-4.

72. Boyd J. A., Harris D. B., King D. D., Welch Jr. H. W. Electronic Countermeasures. USA.: Peninsular Publishing, 1978.

73. Bregar V. B. Advantages of ferromagnetic nanoparticle composites in microwave absorbers // IEEE Transactions on Magnetics. - 2004. - Vol. 40, №3. -P. 1679-1684.

74. Brookner E. Developments and breakthroughs in radars and phasedarrays // 2016 IEEE Radar Conference (RadarConf). - 2016. - P. 1-6.

75. Chen K., Liepa V. The minimization of the back scattering of a cylinder by central loading // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1964. -Vol. 12., №5. - P. 576-582.

76. Chen K., Lin J., Vincent M. Minimization of backscattering of a metallic loop by impedance loading // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. -1967. - Vol. 15., №3. - P. 492-494.

77. Chen L., Yinghong W., Lincheng Z. NSA and resonance in a semi-anechoic chamber in low frequency // Proceedings of International Symposium on Electromagnetic Compatibility. - 1997. - P. 13-16.

78. Chen W., Balanis C. A., Birtcher C. R., Modi A. Y. Cylindrically Curved Checkerboard Surfaces for Radar Cross-Section Reduction // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2018. - Vol. 17, № 2. - P. 343-346.

79. Chisaka T., Michishita N., Yamada Y. Reduction of RCS values of a patch antenna by resistive loading // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2013. - P. 1968-1969.

80. Chrzanowski E. J. Active Radar Electronic Countermeasures. USA.: Artech House, Inc., 1990.

81. Chung S. J., Chen S. M., Lee Y. C. A novel bi-directional amplifier with applications in active Van Atta retrodirective arrays // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2003. - Vol. 51. - №2. - P. 542-547.

82. Davies D. E. N. Some properties of Van Atta arrays and the use of 2-way amplification in the delay paths // Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. - 1963. - Vol. 110., №3. - P. 507-512.

83. Emerson & Cuming Microwave Products, Inc. URL: http://www.eccosorb.com/ (Дата обращения: 14.02.2019).

84. Farahbakhsh A., Khalaj-Amirhosseini M. Using Metallic Ellipsoid Anechoic Chamber to Reduce the Absorber Usage // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2015. - Vol. 63, № 9. - P. 4229-4232.

85. Farahbakhsh A., Zarifi D. Analysis and design of metallic parabolic anechoic chamber // 2017 11th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP). - 2017. - P. 3053-3056.

86. Fiumara V., Fusco A., Iadarola G., Matta V. and I. M. Pinto Free-Space Antenna Pattern Retrieval in Nonideal Reverberation Chambers // IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility. - 2016. - Vol. 58, № 3. - P. 673677.

87. Fiumara V., Fusco A., Matta V., Pinto I. M. Free-space antenna field/pattern retrieval in reverberation environments // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. - 2005. - Vol. 4. - P. 329-332.

88. Fusco V. F., Karode S. L. Self-phasing antenna array techniques for mobile communications applications // Electronics & Communication Engineering Journal. - 1999. - Vol. 11., №6. - P. 279-286.

89. Fusco V. F., Toh B. Y. Retrodirective array augmentation for electronic RCS modification // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. -2002. - Vol. 50, № 7. - P. 1772-1778.

90. García-Fernández M. Á., Andrieu G., Decroze C., Carsenatv D. Actual antenna radiation pattern measurements in reverberation chamber // 2014 XXXI URSI General Assembly and Scientific Symposium (URSI GASS). - 2014. - P. 14.

91. García-Fernández M. Á., Decroze C., Carsenat D. Antenna radiation pattern measurements in reverberation chamber using Doppler analysis // 2014 IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications (CAMA). - 2014. -P. 1-4.

92. Gong S., Wei X., Li X., Ling Y. Mathematic principle of active jamming against wideband LFM radar // Journal of Systems Engineering and Electronics. -2015. - Vol. 26, № 1. - P. 50-60.

93. Hansen R. C. Communications Satellites Using Arrays // Proceedings of the IRE. - 1961. - Vol. 49, № 6. - P. 1066-1074.

94. Jenik V., Plhak Z., Hudec P., Cerny P. Digitally-controlled calibrator for measurement and testing of CW doppler radars // 2013 European Microwave Conference. - 2013. - P. 1283-1286.

95. Jia N., Chen K., Zhu B., Feng Y. Electromagnetic Wave Deflection and Backward Scattering Reduction by Flat Meta-surfaces // 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. IEEE proceedings. - 2014. - P. 10021005.

96. Kim Y., Lee W., Yoon Y. J. Mono-static RCS reduction using modified Van Atta array // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2013. - P. 1222-1223.

97. Lawrie R., Peters L. The control of the echo area of ogives by cutoff corrugated surfaces // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1966. -Vol. 14., №6. - P. 798-799.

98. Lemoine C., Amador E., Besnier P., Floc'h J., Laisne A. Antenna Directivity Measurement in Reverberation Chamber From Rician K-Factor Estimation // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2013. - Vol. 61, № 10. - P. 5307-5310.

99. Li L., Yao F., Chen Q., Wang X., Cai K., Cai H. The study on a new type of low-profile and passive radar retro-reflector // Proceedings of 2014 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation. - 2014. - P. 1092-1094.

100. Li Z., Tai N., Wang C., Yuan N. A study on blanket noise jamming to LFM pulse compression radar // 2017 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC). - 2017. - P. 1-5.

101. Miyamoto R. Y., Itoh T. Retrodirective arrays for wireless communications // IEEE Microwave Magazine. - 2002. - Vol. 3., №1. - P. 71-79.

102. Modi A. Y., Balanis C. A., Birtcher C. R., Shaman H. N. Novel Design of Ultrabroadband Radar Cross Section Reduction Surfaces Using Artificial Magnetic Conductors // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2017. - Vol. 65, № 10. - P. 5406-5417.

103. Mueller C. H., Miranda F. A. Quarter-wave VHF microstrip antenna characterized in anechoic chamber // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2009. - P. 1-4.

104. Nagatoshi M., Hirose M., Tanaka H., Kurokawa S., Morishita H. A method of pattern measurement to cancel reflection waves in anechoic chamber // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2008. - P. 14.

105. Nakamoto N., Takahashi T., Fukasawa T., Yoneda N. RCS reduction of array antenna using circulator and phase shifter // IEEE Conference on Antenna Measurements & Applications. - 2017. - P. 190-193.

106. Pon C. Retrodirective array using the heterodyne technique // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1964. - Vol. 12, № 2. - P. 176-180.

107. Puis A. K., Ladbury J. M., Young W. F. Antenna Radiation Pattern Measurements Using a Reverberation Chamber // 2018 AMTA Proceedings. -2018. - P. 1-6.

108. Semenikhin A. I., Chernokolpakov A. I. Active cancellation of radar cross section of large aircraft using conformai 2-port magnetic T-shaped antenna // 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). - 2017. - P. 181-184.

109. Semenikhin A. I., Semenikhina D. V., Yukhanov Y. V. Control of RCS of cylindrical microstrip antenna array // Proceedings ELMAR-2014. - 2014. - P. 1-4.

110. Semenikhin A. I., Semenikhina D. V., Yukhanov Y. V., Chernokolpakov A. I. Active cancellation of bistatic scattering of large aircraft using conformai 4-port magnetic antenna // 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018). - 2018. - P. 1-5.

111. Sharp E., Diab M. Van Atta reflector array // IRE Transactions on Antennas and Propagation. - 1960. - Vol. 8, № 4. - P. 436-438.

112. Sheng X., Yuanming X. Simulation analysis of an active cancellation stealth system // Optik - International Journal for Light and Electron Optics. -2014. - Vol. 125, № 18. - P. 5273-5277.

113. Sheng X., Yuanming X., Huang J. The Research of Active Cancellation Stealth System Design // Applied Mechanics and Materials. - 2012. -Vol. 192. -P. 390-396.

114. Shi X., Zhou F., Liu L. Micro-Doppler Deception Jamming for Tracked Vehicles // IGARSS 2018 - 2018 IEEE International Geoscience and Remote

Sensing Symposium. - 2018. - P. 609-612.

160

115. Short J. R. Backscattering from an Impedance Loaded Slotted Cylinder // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 1969. - Vol. 1, №3. - P. 315-323.

116. Singh H., Jha R. M. Active Radar Cross Section Reduction. Theory and Applications. Cambridge University Press. - 2015. - 359 p.

117. Tai N., Gao L., Xu X., Li M., Han H., Liu L. Active Cancellation Method Against LFM Radar Using Periodic Sequence Phase-Modulation // 2018 2nd IEEE Advanced Information Management, Communicates, Electronic and Automation Control Conference (IMCEC). - 2018. - P. 536-540.

118. Toh B. Y., Fusco V. F. Retrodirective array radar cross-section performance comparisons // High Frequency Postgraduate Student Colloquium (Cat. No.00TH8539). - 2000. - P. 65-70.

119. Topalov F. S., Yukhanov Y. V., Ilin I. V., Privalova T. Y. Controlling Van-Atta array scattering characteristics with HITTITE HMC247 phase shifter // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). -2017. - P. 2065-2068.

120. Tseng W. J., Chung S. B., Chang K. A planar Van Atta array reflector with retrodirectivity in both E-plane and H-plane // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. - 2000. - Vol. 48, № 2. - P. 173-175.

121. Van Atta L. C., «Electromagnetic Reflector», U. S. Patent 2 908 002, Serial no. 514040, Oct 1959.

122. Wang W., Cai J. A Technique for Jamming Bi- and Multistatic SAR Systems // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. - 2007. - Vol. 4, № 1. -P. 80-82.

123. Wu H., Wang F., Zhou J., Dai C. Joint analysis of system delay window and target echo error for active cancellation of LFM signal // 2016 CIE International Conference on Radar (RADAR). - 2016. - P. 1-5.

124. Xiang Y. C., Qu C. W., Su F., Yang M. J. Active cancellation stealth analysis of warship for LFM radar // IEEE 10th International Conference on Signal

Processing Proceedings. - 2010. - P. 2109-2112.

161

125. Xu L., Feng D., Wang X. Improved synthetic aperture radar micro-Doppler jamming method based on phase-switched screen // IET Radar, Sonar & Navigation. - 2016. - Vol. 10, № 3. - P. 525-534.

126. Yang Y., Zhang W. M., Yang J. H. Study on frequency-shifting jamming to linear frequency modulation pulse compression radars // 2009 International Conference on Wireless Communications & Signal Processing. -2009. - P. 1-5.

127. Yao H. Y., Wang C. F. Investigation of electromagnetic properties of two types passive retrodirective antenna arrays // IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 2008. - P. 1-4.

128. Yin H. C., Zhang W. X. Electromagnetic scattering from a conducting cylinder loaded by multiple cavity-backed slots // Proceedings of IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium. - 1993. - Vol. 3, - P. 17831786.

129. Yukhanov Y. V., Privalova T. Y., Kryuk E. V., Merglodov I. V. Scattering Characteristics of the Van-Atta Waveguide Array on the Surface of a Cylinder // 2018 Progress in Electromagnetics Research Symposium (PIERS-Toyama). - 2018. - P. 1597-1602.

130. Yukhanov Y. V., Topalov F. S. Radiation pattern investigation of antenna in below-cutoff rectangular resonator // Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW-2017). - Taganrog. - 2017. - P. 419-422.

131. Yukhanov Y. V., Yukhanov A. Y., Privalova T. Y. Synthesis of isotropic and anisotropic impedance reflectors of an arbitrary shape // International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications. - 2013. - P. 14-17.

132. Yukhanov Yu. V., Privalova T. Yu., Gevorkyan A. V. Damping of the scattered field of a plane object by a waveguide array // 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS). - 2017. - P. 2047-2052.

133. Zamora A., Iwami R. T., Chun T. F., Shiroma W. A. An overview of recent advances in retrodirective antenna arrays // IEEE International Conference

on Wireless Information Technology and Systems. - 2010. - P. 1-4.

162

ПРИЛОЖЕНИЯ

УТВЕРЖДАЮ

Директор Института

АКТ

О внедрении результатов диссертационной работы Топалова Феруза Сетмеровича «Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта» в учебный процесс кафедры Антенн и радиопередающих устройств Института радиотехнических систем и управления «Южного федерального университета»

Комиссия в составе председателя: д. т. н., профессора Юханова Ю. В., и членов комиссии: к. т. н., доцента Семенихина А. И., и к. т. н., доцента Демьяненко А, В. рассмотрела диссертационную работу Топалова Феруза Сетмеровича «Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта» и составила настоящий акт о том, что результаты, полученные в представленной диссертационной работе, используются в учебном процессе кафедры Антенн и радиопередающих устройств ЮФУ в курсе «Интеллектуальные покрытия и антенные системы».

Разработано и внедрено в практикум методическое пособие по выполнению лабораторной работы «Управление характеристиками рассеяния с помощью имитатора движущейся цели на основе решетки Ван Атта», используемое магистрантами при усвоении знаний теории и практики разработки антенных систем с управляемыми характеристиками рассеяния.

Председатель комиссии

д. т. н., профессор

Юханов Ю. В.

Члены комиссии к. т. н., доцент

Семенихин А. И.

к. т, н., доцент

Демьяненко А. В.

УТВЕРЖДАЮ

АКТ

О внедрении результатов диссертационной работы Топалова Феруза Сетмеровича «Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта» в грант Российского Научного Фонда

(проект № 16-19-10537)

Комиссия в составе председателя: д. т. н., профессора Юханова Ю. В. (руководитель проекта), и членов комиссии: к. т. н., инженера-проектировщика Мерглодова И. В. (ответственный исполнитель), и младшего научного сотрудника Крюк Е. В. (основной исполнитель), рассмотрела диссертационную работу Топалова Феруза Сетмеровича «Снижение поля обратного рассеяния тел цилиндрической формы с помощью решеток Ван Атта» и составила настоящий акт о том, что в отчете по гранту РНФ (проект № 16-19-10537) использованы следующие результаты, полученные в представленной диссертационной работе:

- электродинамическая модель конформной цилиндрической системы активного гашения Х-диапазона частот, выполненной на основе управляемой фазовращателями и усилителями решетки Ван Атта, с излучателями в виде микрополосковых печатных антенн

- рассчитанные численно характеристики излучения и рассеяния указанной электродинамической модели

Руководитель проекта

РНФ № 16-19-10537 д. т. н., профессор

Юханов Ю, В.

Члены комиссии

к. т. н., инженер-проектировщик

Мерглодов И. В,

младший научный сотрудник

Крюк Е. В.