7.2. Эффективная площадь рассеяния простейших объектов

Простейшими считают объекты, ЭПР которых может быть достаточно просто вычислена аналитически. К ним относятся плоский лист, цилиндр, шар, уголковый и биконический отражатели, полуволновый вибратор, участок диффузно-рассеивающей поверхности, а также некоторые групповые и распределенные цели. Определение ЭПР таких объектов может представлять самостоятельный интерес, а также быть необходимо для вычисления ЭПР объектов сложной конфигурации, которые могут быть представлены совокупностью простейших объектов.

Для нахождения ЭПР участка S хорошо проводящей выпуклой поверхности воспользуемся формулой (5.4), в которой отношение Е2/Е1 можно получить суммированием элементарных полей, создаваемых в месте расположения РЛС отраженными сигналами от элементов поверхности dS. Если расстояние от антенны РЛС до рассматриваемого элемента dS равно D и облучение происходит под углом θ к нормали с напряженностью поля E₁, то напряженность поля Е₂ в месте расположения РЛС Для малоразмерных целей можно считать, что в пределах цели (поверхности S) значения D и E₁ меняются мало.

ЭПР плоской хорошо проводящей пластины. Если металлический лист, размеры которого а и b много больше λ_и, но много меньше D, расположен перпендикулярно направлению облучения, то выражение (7.3) принимает вид

σ_ц =4πD² П₂ /П₁= = 4πS²/ λ_и² (7.6)

При нормальном облучении идеально проводящий лист зеркально отражает всю падающую энергию в направлении РЛС, что и обеспечивает большую ЭПР по сравнению с площадью листа. При λ_и =10см лист площадью S= 1 м² имеет при облучении по нормали σ_ц = 1256 м², что в несколько раз превышает ЭПР большого самолета.

Однако даже при небольшом отклонении направления облучения от нормали ЭПР плоского листа резко падает. Предположим, что направление облучения отклонено от нормали в горизонтальной плоскости на угол θ = α. Рассматривая лист как плоскую синфазную антенну с диаграммой направленности, описываемой функцией Е(х) =E_m (sinx)/x , выражение для ЭПР можно записать в виде

σ_ц = (7.7)

где S=ab; x = . (7.8)

Зависимость ЭПР от угла облучения называют диаграммой рассеяния цели. Плоский лист имеет диаграмму рассеяния, описываемую функцией вида (sinx/x)².

При больших отношениях размера листа к длине волны диаграмма рассеяния будет очень острой, т. е. при увеличении α значение ЭПР листа резко меняется в соответствии с функцией σ_ц , снижаясь в некоторых направлениях до нуля.

Для ряда применений желательно сохранение большого значения ЭПР в широком диапазоне изменения углов облучения. Это необходимо, например, при использовании отражателей в качестве пассивных радиомаяков. Таким свойством обладает уголковый отражатель.

ЭПР уголкового отражателя. Уголковый отражатель состоит из трех взаимно перпендикулярных металлических листов, он обладает свойством отражения радиоволн в сторону облучающей РЛС, что объясняется трехкратным отражением от стенок отражателя, которое испытывает волна, если направление облучения находится вблизи оси симметрии (в пределах телесного угла 45°) уголкового отражателя. Формула для расчета ЭПР уголкового отражателя:

σ_уо = (7.9)

При а=1 м и λ_и =10см ЭПР уголкового отражателя σ_уо = 419 м². Таким образом, ЭПР уголкового отражателя несколько меньше ЭПР плоской пластины с размерами a = b=l м. Однако уголковый отражатель сохраняет большое значение ЭПР в достаточно широком секторе, тогда как ЭПР пластины резко уменьшается при незначительных отклонениях направления облучения от нормали.

В качестве пассивных радиолокационных маяков на море используют также биконические отражатели, составленные из двух одинаковых металлических конусов. Если угол между образующими конусов равен 90°, то луч после двукратного отражения от поверхности конусов направляется в сторону РЛС, что и обеспечивает большое значение ЭПР. Достоинством биконического отражателя является равномерная диаграмма рассеяния в плоскости, перпендикулярной его оси.

ЭПР шара. Для определения ЭПР большого (радиуса по сравнению с λ_и) шара с идеально проводящей гладкой поверхностью можно воспользоваться формулой (5.3). σ_ш =4π r_ш² (7.10)

Таким образом, ЭПР шара равна его площади поперечного сечения независимо от длины волны и направления облучения:

Благодаря этому свойству большой шар с хорошо проводящей поверхностью применяют в качестве эталона при экспериментальном измерении ЭПР реальных объектов путем сравнения интенсивности отраженных сигналов. При уменьшении отношения радиуса шара к длине волны до значений r_ш /λ_и ≤2 у функции σ_ш/π r_ш² появляется ряд резонансных максимумов и минимумов, т. е. шар начинает вести себя как вибратор. При диаметре шара, близком к λ_и/2, ЭПР шара в четыре раза превышает площадь его поперечного сечения. Для малого шара r_ш ≤λ_и /(2π) ЭПР определяется дифракционной формулой Рэлея

σ_ш =4,4 10⁴ r_ш⁶ / λ_и⁴ (7.11)

и характеризуется сильной зависимостью от длины волны облучающих радиоволн. Этот случай имеет место, например, при отражении радиоволн от капелек дождя и тумана. С учетом значения диэлектрической проницаемости воды (ε = 80) ЭПР дождевых капель σ_к =306 d_к⁶ / λ_и⁴ где d_к - диаметр капель.