CC BY
218
DSPA
ЭПР плазменных антенн
РАССМАТРИВАЮТСЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ АНТЕНН ВИБРАТОРНОГО ТИПА В РАДИОЛОКАЦИОННОМ ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН. ПОКАЗАНО, ЧТО ЭПР ПЛАЗМЕННЫХ АНТЕНН ЗНАЧИТЕЛЬНО МЕНЬШЕ (-50 РАЗ) ЭПР МЕТАЛЛИЧЕСКИХ АНТЕНН ТОГО ЖЕ ТИПА
Андреев Н.Н.,
адъюнкт Володин К.С.,
соискатель нач. отдела МТУСИ
Как правило обнаружение источника излучения (вибраторных антенн) в УКВ и метровом диапазоне осуществляется средствами радиотехнической разведки. Однако в некоторых случаях разведка местоположения антенных систем указанного диапазона может осуществляться и радиолокационными методами. В этом случае вероятность правильного обнаружения и дальность обнаружения антенного устройства определяются эффективной площадью рассеяния (ЭПР) антенны в диапазоне волн радиолокатора. Снижение вероятности и дальности обнаружения антенного устройства может быть достигнуто за счет снижения ЭПР антенн. Особенное значение приобретает снижение ЭПР антенн в системах вооружения и военной техники, изготавливаемых по программе "Stealth".
Снижение ЭПР антенн является весьма трудной задачей, так как необходимо обеспечить работоспособность приемопередатчиков в условиях маскировки. Традиционные средства маскировки — это как правило радиопоглощающие маты или маскировочные сети, которые необходимо убирать во время работы радиотехнических устройств. В отличие от металлических антенн, которые могут только механически маскироваться разного рода экранами, плазменные антенны [1], в которых токоноситель создается разрядом в диэлектрической трубке, имеют возможность включаться и выключаться за время порядка микросекунд, при том, что его диэлектрическая трубка без плазмы разряда имеет ЭПР на порядки меньшую ЭПР металлической антенны. В [1-3] приведены результаты исследований возможности создания плазменных антенн вибраторного типа. Показано, что возможно созда-
ние плазменного канала с помощью излучения самого ВЧ передатчика при использовании плазмы с редкими столкновениями электронов (V << Ю в разрядах низкого давления Р~10-2 Тор). Проведенные эксперименты подтвердили возможность возбуждения плазмы ВЧ разряда на частоте 460 МГц в ра-диопрозрачных трубках диаметром 12-19 мм, заполненных различными газами, при этом на возбуждение плазменного канала тратится не более 5% мощности передатчика.
Для оценки эффективности применения плазменных вибраторных антенн в целях снижения ЭПР самих антенн представляет интерес провести сравнение ЭПР металлической вибраторной полуволновой антенны УКВ диапазона с ЭПР, аналогичной плазменной антенне того же диапазона, в радиолокационном диапазоне длин волн (связные антенны такого типа применяются на ЛА).
Будем считать, что вибраторная антенна представляет собой несимметричный вибратор, длина которого соответствует половине длины волны ~40 см. Диаметр металлической антенны составляет ~ 10-12 мм, что определяется диапазоном рабочих частот [4]. Для оценки ЭПР металлической антенны таких размеров в радиолокационном диапазоне частот (^ = 3"10см) воспользуемся выражением для ЭПР идеально проводящей плоской пластины, размеры которой намного больше длины волны [5]. В случае нормальной ориентации пластины к направлению падающей волны можно записать
°макс= 4^2А2,
где б — площадь пластины.
Из этого выражения следует, что а^ = 3см ~ 0,32 м2, а а^= 10 см ~ 0,03 м2. Дальность обнаружения объектов с такими значениями ЭПР приведена на графиках рис.1.
Из приведенных графиков следует, что дальность обнаружение объектов с такими ЭПР возможна на расстояниях ~ 100 км.
Так, вибраторные антенны, устанавливаемые на борту самолета (например, связные антенны УКВ диапазона), затрудняют снижение ЭПР всего ЛА ниже полученных значений, в то время как ЭПР самолетов пятого поколения (вместе со всеми антеннами) должна составлять ~0,3 м2 [6].
ЭПР плазменной антенны определяется двумя составляющими — ЭПР радиопроз-рачной трубки диэлектрического экрана и ЭПР плазмы, заполняющей радиопрозрач-ную трубку. ЭПР радиопрозрачной трубки составляет ~0,04 от ЭПР металлической антенны, что определяется коэффициентом отражения от радиопрозрачного материала (~0,04 по мощности). ЭПР плазменного заполнения определяется параметрами плазмы, заполняющей радиопрозрачную трубку (давлением газа в трубке и плотностью носителей).
В [1] определен диапазон изменения средней концентрации плазмы Ые = 10111013 см-3 в вибраторе (степень ионизации
T-Comm / Спецвыпуск, апрель 2009
51
ЭБРА
газа < 1% , давление газа ~1 Тор), при которой достигается наибольшая эффективность плазменной антенны.
Определим коэффициент отражения излучения с длиной волны X = 3 см от такого слоя плазмы.
Для оценки воспользуемся формулой Френеля для коэффициента отражения на границе двух сред с разными показателями преломления
R= (п1-п2)/(п]+п2),
где п, — показатель преломления диэлектрика ~1,5 (стекло), П2 — показатель преломления плазмы. Выражение для п2 имеет вид [7]:
О — комплексная электронная проводимость плазмы
( 2 /
Є ( Є 1 2П-О
1— + \- +
2 . \ 2 Ю
О = Ю2р /4тс^
2 +е2)
где Є — диэлектрическая проницаемость плазмы
Є = 1 — Ю2р /4л^еп2 +Є2) ;
где Ven — частота столкновений электрон-нейтрал; ven = 4 109 4р0; Ро — давление газа в мм.рт.ст. [8] ; Юр — плазменная частота (юр =\ДтсЫе2/т, юр-31010); Ю — частота зондирующего сигнала радиолокатора
(юзсм - 6,28*10’0.рад/с; Ю10см - 2,ь 1010рад/с).
Подстановка соответствующих значений показывает, что П2 = 0,959 и, тогда, коэффициент отражения от плазменной области равен R = 0,021 по полю и 4,41 10-4 по мощности. Полученные результаты показывают, что использование плазменных антенн вибраторного типа в УКВ диапазоне позволяет существенно, примерно в 50 раз снизить ЭПР этих антенн.
Литература
1. Истомин Е.Н., Карфидов Д.М., Минаев И.М. Рухадзе АА, Тараканов В.П.,
Сергейчев К.Ф., Трефилов А.Ю. Плазменная дипольная Б1еа!Л-антенна//ПРЕПРИНТ №40 ИОФАН. — М., 2005.
2. Минаев И.М., Рухадзе АА, Сергейчев К.Ф., Трефилов Ф.Ю. Активная плазменная ВЧ-антенна, самосогласованная с источником колебаний//Краткие сообщения по физике ФИАН. — 2005. — №12. — С. 34-44.
3. Истомин Е.Н., Карфидов ДМ., Минаев И.М., Рухадзе АА, Тараканов В.П., Сергейчев К.Ф., Трефилов А.Ю. Плазменный несимметричный вибратор с возбуждением поверхностной волной //Физика плазмы, 2006. — Т.32. — №4.
4. Войтович Н.И., Соколов А.И. Вибраторные антенны// Учебное пособие. — Челябинск: Изд. ЮурГУ, 2001.
5. Вакин СА, Шустов Л.Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. — М.: Сов. Радио,1968.
6. Логарьков А.Н., Погосян МА Вестник Российской Академии наук, 2003. — Т. 73. — №9. — С.848.
7. Гинзбург В.Л. Распространение электромагнитных волн в плазме. — М.: Наука,1967.
8. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда. — М.: Госатомиздат,1980.
п
2
52
Т-Сотт / Спецвыпуск, апрель 2009
