Определение размеров бликующих зон поверхности БЭК, которые необходимо перекрыть рассеивающими конфигурациями

В безэховой камере передающая антенна, как и приемная, находятся на конечном расстоянии друг от друга и от рабочей поверхности. Как правило, эти расстояния, так же как и размеры камеры, много больше длины волны. В большинстве случаев камера представляет собой прямоугольный объем, ограниченный шестью плоскостями, покрытыми поглощающим материалом. Поэтому, прежде всего, необходимо рассмотреть отражения от плоскости, покрытой радиопоглощающим материалом, и методы уменьшения этих отражений.

Задача отражения сферической волны источника, находящегося на конечном расстоянии от плоской границы сред, рассмотрена в ряде работ. Воспользуемся решением, приведенным в монографии Бреховских [70] для сферической волны, падающей на плоскую границу раздела, характеризуемую коэффициентом отражения R(q).В работе проведена обычная процедура разложения сферической волны на совокупность плоских, найдены составляющие отраженной волны с помощью заданной зависимости R(q)и проведено вычисление полученных интегралов по методу перевала в предположении больших расстояний до источника кr_р>>1.В результате получено выражение коэффициента отражения сферической волны R_cисточника, находящегося на расстоянии г_р,

R_c = . (3.24)

где R(q)— френелевский коэффициент отражения плоской волны, падающей под углом q вдоль пути стационарной фазы для отраженного поля r_p + r_q; R'(q) и R"(q) — первая и вторая производные угловой характеристики френелевского коэффициента отражения при угле q.

Если вблизи угла падения q френелевский коэффициент отражения изменяется достаточно медленно:

R(q) >> , (3.25)

то сферическая волна отражается от плоской границы раздела с тем же коэффициентом отражения, что и плоская, падающая на границу под углом q,

R_c » . (3.26)

Этим свойством сферической волны широко пользуются в практических расчетах отражений от плоскостей, ограничивающих объем безэховой камеры, так как у большинства РПМ для рабочей области углов q неравенство (3.25) соблюдается.

Если допустимый уровень отражения, определяемый заданной точностью измерений, меньше того, который определяется свойством РПМ: R_доп<< R(q),то для снижения уровня отраженных сигналов необходимо исключить отражения от интенсивно бликующих частей плоскости, прилегающих к точке стационарной фазы.

Обычно это достигается установкой на плоскости рассеивающих поглощающих конфигураций, которые отражают поле в периферийные части объема камеры, где оно ослабляется из-за многократных отражений от поверхности, покрытой РПМ.

Не останавливаясь пока на расчете этих конфигураций, определим размеры части отражающей плоскости, которую необходимо исключить. При этом критерием достаточности пространства является условие, чтобы оставшаяся часть плоской поверхности, покрытая РПМ, не создавала отражений, превышающих допустимые.

Поле, отраженное от плоскости с коэффициентом отражения R(q), из которой вокруг точки стационарной фазы вынут прямоугольник с размерами а и b (рис. 3.5), может быть записано в виде

, (3.27)

где G_aи G_b — френелевский коэффициент ослабления поля при отражении от прямоугольника размерами а и b с центром в бликующей точке,

G(u) = eⁱ^p^/4[F(u) - F(-u)]/ , (3.28)

F(u) - интеграл Френеля от аргумента и:

u (3.29)

Аргумент интеграла Френеля и равен корню из количества зон Френеля, уложившихся в соответствующем размере.

Используя асимптотическое разложение интеграла Френеля (см., например, [80])

F(u) = (3.30)

и ограничиваясь для больших значений аргумента первыми двумя членами разложения, получим

F(u) (3.31)

По-видимому, размеры прямоугольника исключаемой части отражающей плоскости целесообразно выбрать такими, чтобы избежать равного количества зон по обоим направлениям m_а = m_ь = m. Тогда с учетом (3.28)

G_aG_b = G² . (3.32)

Ослабление поля, отраженного от плоскости, за счет изъятия т первых зон Френеля

. (3.33)

Полагая

, (3.34)

получим неравенство, позволяющее определить количество зон Френеля, которые необходимо исключить из отражающей плоскости,

m ³ (8/p²)×[R²(q)/R²_доп]. (3.35)

Пусть, например, R²(q) =3% (или 1%), а R²_доп=0,01%, тогда в соответствии с (3.35) m ³ 243 (или 81). Для поглощающих материалов среднего качества, имеющих коэффициент отражения (1¸3)%, приходится исключать значительное количество зон Френеля.

Определим линейные размеры зон на отражающей плоскости, которые необходимо перекрыть конфигурациями.

Как видно из (3.26), поверхности равных фаз поля точечного источника, отраженного от плоскости, представляют собой систему конфокальных эллипсов вида

r_pm + r_qm = 2F + ml/4, 2F = r_p + r_q, (3.36), (3,37)

с фокусами в точках р'и Q (рис. 3.5); F=const — фокусное расстояние эллипса. Большая ось эллипса a_mдля m-зоны Френеля может быть найдена из соотношения F + a_m=r_pm+r_qm:

a_m = F + ml/4. (3.38)

Малая ось эллипса , т.е.

. (3.39)

Координата центра эллипса относительно точки пересечения с плоскостью отражения

x₀ = r_q - (r_q + r_p)/2 = (r_q - r_p)/2 . (3.40)

В частном случае r_p = r_q,x₀ = 0,

. (3.41)

Размер большой полуоси эллипса в плоскости отражения удобно определить, используя соотношение

a = b/cosq, (3.42)

где q — угол падения луча стационарной фазы на отражающую

плоскость S.

В случае ml/4<<F для r_p= r_q= r

. (3.41¢)

Выражение (3.41') совпадает с приближенными выражениями, обычно встречающимися в литературе [80].

В общем случае r_p¹ r_qмалая полуось эллипса m-зоны Френеля в плоскости отражения S может быть найдена из канонического уравнения эллипса для х₀, определенного в соответствии с (3.40). Тогда

С учетом (3.37)

. (3.43)

Выражение (3.43) является наиболее общим и позволяет определить размеры малой полуоси, а с помощью (3.42) и большой полуоси эллипса в плоскости отражения, которые соответствуют т первым зонам Френеля на отражающей плоскости. Для ml/4<<F

, (3.43¢)

Это выражение также совпадает с приводимым в [80].

Однако, как мы видели при обсуждении выражения (3.35), в безэховых камерах оказывается необходимым исключить значительное количество зон Френеля вблизи точки стационарной фазы на ограничивающих поверхностях. Поэтому неравенство ml/4<<Fсоблюдается не всегда, и при определении размеров части плоскости, которую необходимо перекрыть конфигурацией, следует использовать более общее выражение (3.43). Так, при r_p= r_q= 50l и m=100 использование приближенной формулы (3.43') вместо (3.43) дает занижение требуемого размера на 10%.