Многодиапазонная исследовательская радиокамера с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости

Многодиапазонная исследовательская радиокамера с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости.

Полезная модель относится к области радиотехнических и радиолокационных устройств и может быть использована для проведения динамических исследований отражательных характеристик небольших объектов, а также масштабных моделей объектов больших габаритов с соблюдением принципа электродинамического подобия.

Задачей полезной модели является обеспечение возможности проводить статические и динамические измерения отражательных характеристик объектов в безэховой зоне исследовательской радиокамеры при максимально возможном коэффициенте радиобезэховости.

Для решения этой задачи предлагается изменить поперечное сечение элементов безэховой радиокамеры на квадратные, применить элементы диафрагмы пирамидально-квадратного типа с изломами граней в продольном направлении и возможностью механического перемещения элементов диафрагмы вдоль продольной оси симметрии радиокамеры на шарнирах. Пирамиды, составляющие диафрагму, предлагается закрепить внутри радиокамеры с помощью шарниров, выполненных из радиопоглощающих материалов и расположенных в углах широкого основания пирамид. Главным назначением шарниров является обеспечение наилучших условий безэховости при изменении рабочей длины волны излучения , что требуется для выполнения условий электродинамического подобия при изменении коэффициента масштабирования моделей объектов, подлежащих изучению.

К достоинствам предложенной многодиапазонной исследовательской радиокамеры относится простота ее изготовления и отсутствие чрезмерно жестких требований к точности выдерживания размеров, поскольку механическая подстройка взаимных положений элементов диафрагмы позволяет добиваться максимального коэффициента радиобезэховости.

Полезная модель относится к области радиотехнических и радиолокационных устройств и может быть использована для проведения динамических исследований отражательных характеристик небольших объектов, а также масштабных моделей объектов больших габаритов с соблюдением принципа электродинамического подобия.

Известна безэховая радиокамера с высоким коэффициентом радиобезэховости [1], содержащая покрытые радиопоглощающим материалом переднюю рупорную конусовидную часть корпуса, присоединенную к ней по периметру центральную цилиндрическую часть корпуса, присоединенную к ней по периметру заднюю рупорную конус-ловушку и закрепленную во внутренней цилиндрической части диафрагму, причем диафрагма выполнена из k вставленных один в другой полых усеченных обрезанных конусов, раскрытых с обоих сторон, образующие которых направлены в сторону заднего рупорного конуса-ловушки, а малые плоскости обрезанных сечений конусов расположены одна относительно другой на расстояниях, равных (n-1)/4, где - длина излучаемой в безэховую радиокамеру электромагнитной волны, n=2, 4, 6 2(k-1).

С помощью данной безэховой радиокамеры можно проводить исследования отражательных характеристик моделей объектов сложной формы, изготовленных из различных материалов, что невозможно сделать аналитическим путем и даже с привлечением математического моделирования. Методики проведения таких исследований описаны в [2, 3, 4 с.28-30].

Однако предложенная конструкция безэховой радиокамеры не является оптимальной и обеспечивающей максимально возможный коэффициент радиобезэховости К_бэ (отношение мощности излучения Р_изл к мощности отраженных волн Р_отр в специальной исследовательской области или зоне радиобезэховости, выраженное в дБ: К_бэ=10lg[Р _изл/Р_отр]). Причиной является то, что применяемые в безэховой радиокамере радиопоглощающие материалы согласно известным практическим рекомендациям [2, с.6] должны иметь толщину d не менее четверти длины волны d/4, а необходимая точность установки элементов диафрагмы определяется малыми долями полудлин волн. Поэтому установить элементы диафрагмы на оптимальные расстояния с высокой точностью невозможно. При этом следует учитывать всегда имеющие место неточности изготовления покрытых радиопоглощающим материалом усеченных конусов, не идеальности крепления к ним радиопоглощающего материала и т.д.

К тому же камера цилиндрической формы сложней в изготовлении и оборудовании радиопоглощающим материалом. Она не подлежит настроечной деформации как и конусы в передней, задней частях, а также конусы из состава диафрагмы. Как следует из [5], не существует строгого метода расчета уровня отражений в безэховой радиокамере произвольной формы, и как правило, его устанавливают с помощью контрольных измерений. А для регулировки уровня отражений и увеличения (обеспечения достаточности) размеров безэховой зоны необходимо располагать возможностями изменения конфигурации хотя бы некоторых основных элементов радиокамеры, что для цилиндрических и конусных конструкций невыполнимо.

И наконец, для обеспечения условий электродинамического подобия при исследованиях необходимо изготавливать модели объектов с соблюдением строгого коэффициента масштабирования, что приводит к выходу моделей габаритных объектов за пределы зоны радиобезэховости, а модели маленьких объектов получаются слишком миниатюрными, что не позволяет учесть в них важных геометрических особенностей конструкции.

Поэтому коэффициент масштабирования обычно изменяют в разумных пределах, чтобы модель исследуемого объекта получалась средних размеров. При этом для сохранения условий электродинамического подобия нужно соответствующим образом изменять длину волны. Однако в этом случае нарушится оптимальное взаимное расположение элементов диафрагмы, что приведет к ухудшению (уменьшению) коэффициента радиобезэховости К_бэ, составляющего в известных радиокамерах [6-8] величины не менее 70-80 дБ.

Задачей полезной модели является обеспечение возможности проводить статические и динамические измерения отражательных характеристик объектов в безэховой зоне исследовательской радиокамеры при максимально возможном коэффициенте радиобезэховости.

Для решения этой задачи предлагается изменить поперечное сечение элементов безэховой радиокамеры на квадратные, применить элементы диафрагмы пирамидально-квадратного типа с изломами граней в продольном направлении и возможностью механического перемещения элементов диафрагмы на радиопоглощающих шарнирах вдоль продольной оси радиокамеры.

При таком изменении конструкции типовой безэховой радиокамеры [1] будет получена усовершенствованная многодиапазонная исследовательская радиокамера с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости. В этой исследовательской безэховой радиокамере можно будет проводить измерения отражательных характеристик моделей объектов на волнах разной длины, т.е. с изменением масштабного коэффициента моделирования и минимизацией уровня фона радиокамеры в зоне безэховости путем подбора оптимального расположения элементов диафрагмы.

На фиг.1 представлена конструкция многодиапазонной исследовательской радиокамеры с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости. Изображено сечение радиокамеры вертикальной плоскостью, проходящей через ее ось симметрии, а также сечение вертикальной плоскостью в виде проекции А-А. В переднем квадратном торце-окне передней 4-гранной усеченной пирамиды 13, представленной на фиг.2 в изометрическом виде, установлен излучающий электромагнитные волны рупор 1. Внутреннее пространство 2 усеченной передней 4-гранной правильной (равносторонней) пирамиды ничем не заполняется. Эта Передняя 4-гранная пирамида 13 соединяется по периметру с квадратным в сечении А-А параллелограммом 14, составляющим основную часть радиокамеры. В месте соединения передней пирамиды 13 с параллелограммом 14 устанавливается диэлектрическая линза 3, предназначенная для формирования плоского фронта волн, излучаемых рупором 1. Плоский фронт волны 12 создается для обеспечения адекватности облучения исследуемого объекта 6 реальным условиям локации в свободном пространстве. К задней части параллелограмма 14 по квадратному периметру прикрепляется квадратная равносторонняя пирамида 15, внутреннее пространство которой 11 также является полым. Внутренние стенки радиокамеры, включая переднюю пирамиду 13 и заднюю пирамиду-ловушку 15 покрыты радиопоглощающим материалом 8, например CV, HPY, AN, RM, BL-12, ВН-2, VHP-70 [2, 9] и т.п.

В центральной части параллелограмма 14 на поворотной опоре 5 располагают объекты 6, характеристики которых необходимо исследовать. Исследуемый объект 6 на опоре 5 располагают в так называемой зоне безэховости 7, в пределах которой добиваются минимального уровня фона, т.е. минимального уровня отражений от элементов конструкции радиокамеры в условиях отсутствия объекта. Поворотная опора 5 также покрывается радиопоглощающим материалом.

В тыльной части параллелограмма 14 располагают диафрагму 9. Элементы диафрагмы 9 предлагается выполнить в виде усеченных 4-гранных равносторонних пирамид, как это видно по проекции А-А. В прототипе [1] эту роль играют усеченные конусы. Пирамиды имеют преимущества перед конусами в том смысле, что ровные поверхности легче технологически покрывать радиопоглощающими материалами, а также изготовление самих пирамид значительно проще и дешевле. К тому же грани пирамид целесообразно выполнить с линиями излома, как показано штрих-пунктирными линиями на фиг.3а. Это позволяет, увеличивая глубину излома, экспериментально подбирать вариант обеспечения максимальной безэховости. Для пояснения этого на фиг.3б показана одна из пирамид диафрагмы, у которой горизонтальные грани углублены по линии излома вглубь пирамиды, а вертикальные оставлены в виде ровных плоскостей. Ниже на фиг.3в показана деформированная пирамида, у которой все грани углублены внутрь полости пирамиды. При этом сечение А-А примет вид, показанный на фиг.4. Точками касания пирамид внутренней поверхности параллелограмма 14 остаются в этом случае только угловые точки широких оснований пирамид. Размеры малых оснований пирамид диафрагмы уменьшаются в направлении задней части радиокамеры.

Пирамиды, составляющие диафрагму, предлагается закрепить внутри параллелограмма 14 радиокамеры с помощью шарниров 10, выполненных из радиопоглощающих материалов. Места крепления шарниров не имеют принципиального значения. Шарниры могут быть расположены в центрах граней широкого основания пирамиды или с учетом использования изломов граней - в углах широкого основания пирамид, что более надежно и устойчиво.

Шарниры 10 позволяют путем механического перемещения пирамид диафрагмы 9 вдоль оси радиокамеры подбирать экспериментальным путем максимальный коэффициент радиобезэховости К_бэ в зоне безэховости 7, что в прототипе [1] соответствовало дистанциям /2, /3, /5 и т.д. Однако главным назначением шарниров 10 является обеспечение наилучших условий безэховости при изменении рабочей длины волны излучения , что требуется для выполнения условий электродинамического подобия при изменении коэффициента масштабирования моделей объектов, подлежащих изучению.

Новые элементы усовершенствованной многодиапазонной радиокамеры широко известны в радиолокационной технике, что подтверждает осуществимость технического предложения.

Таким образом, предложенная конструкция многодиапазонной исследовательской радиокамеры с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости обеспечивает ликвидацию множества недостатков, свойственных прототипу [1], что позволяет рекомендовать ее для использования в исследовательских организациях. Одним из главных достоинств предложенной многодиапазонной исследовательской радиокамеры является простота ее изготовления и отсутствие чрезмерно жестких требований к точности выдерживания размеров, поскольку механическая подстройка взаимных положений элементов диафрагмы позволяет добиваться коэффициента радиобезэховости, в пределе стремящегося к максимально достижимому.

Источники информации

1. А.С. СССР 411556 от 15.01.1974. Кл. Н01Q 17/00. Безэховая камера. Биричевский В.М. Приоритет 9.11.1971. БИ 2 1974 г. (прототип).

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

3. ГОСТ Р 51317.4.3-2006 (МЭК 61000-4-3:2006). Национальный стандарт РФ. Совместимость технических средств. Электромагнитная устойчивость к радиочастотному электромагнитному полю. Требования и методы испытаний.

4. Селекция и распознавание на основе локационной информации / Под ред. А.Л.Горелика. - М.: Радио и связь, 1990. - 240 с.

5. Эмерсон, Сефтон. Улучшенная конструкция безэховой камеры // ТИИЭР, 1965. 8. Т.53. С.1227-1229.

6.

7.

8.

9. .html

Многодиапазонная исследовательская радиокамера с механической настройкой максимального коэффициента радиобезэховости, содержащая покрытые радиопоглощающим материалом переднюю часть корпуса, присоединенную к ней по периметру центральную часть корпуса, присоединенную к ней по периметру заднюю часть корпуса, являющуюся ловушкой электромагнитных волн, содержащая также закрепленную во внутренней полости центральной части диафрагму, причем диафрагма выполнена из k вставленных один в другой, покрытых изнутри радиопоглощающим материалом полых сужающихся замкнутых элементов, раскрытых с передней и задней стороны, причем сужение происходит в сторону задней части, а зауженные сечения элементов диафрагмы расположены одна относительно другой на расстояниях, равных (n-1)/4, где - длина излучаемой в безэховую радиокамеру электромагнитной волны, n=2, 4, 62(k-1), отличающаяся тем, что все части корпуса радиокамеры имеют квадратные сечения в плоскости перпендикулярной продольной оси радиокамеры, передняя часть радиокамеры представляет собой четырехгранную равностороннюю усеченную пирамиду, центральная часть представляет собой параллелограмм, а задняя часть представляет собой четырехгранную равностороннюю пирамиду, причем элементы диафрагмы также представляют собой вставленные одна в другую четырехгранные равносторонние усеченные пирамиды, закрепленные в центральной части радиокамеры с помощью радиопоглощающих шарниров, расположенных между углами больших оснований пирамид диафрагмы и углами внутренней части параллелепипеда, что позволяет изменять взаимное расположение пирамид диафрагмы относительно друг друга при поиске условий обеспечения максимального коэффициента радиобезэховости в зоне безэховости радиокамеры при изменении длины волны излучения, причем размеры малых оснований пирамид диафрагмы уменьшаются в направлении задней части радиокамеры.