10. Уголковый отражатель

Уголковым отражателем (УО) называется система из двух или трёх взаимно перпендикулярных зеркал. Два зеркала, пер­пендикулярных плоскости чертежа и друг другу (рис. 17, а), отражают луч, падающий в плоскости чертежа, в точности на­зад (параллельно падающему). Если в плоскости чертежа на­ходятся два источника А и В, то система зеркал посылает по направлению к каждому из них его собственное излучение. В трёхмерном случае такими же свойствами обладает система из трёх взаимно перпендикулярных зеркал, посылающая луч точно назад после трёх отражений (рис, 17, б). Например, французский УО, установленный на советском «Луноходе-1», возвращает луч лазера, посланный из наземного пункта в тот же наземный пункт. В силу линейности пассивной системы зеркал по одному УО одновременно может работать неограни­ченное количество приёмо-передатчиков без каких-либо помех друг другу.

Вернёмся к двумерному случаю и определим ЭПР двугран­ного УО. При угле падения  (рис. 17, в) луч АВСД является крайним из лучей, претерпевающих отражение от обоих зеркал и возвращающихся к РЛС. К примеру, луч EFH отражается лишь от зеркала F, на зеркало С не попадает и поэтому к РЛС не возвращается. Другим крайним лучом, претерпевающим от­ражение от двух зеркал, будет луч DC. Он пройдёт по пути DCBA. Таким образом, к РЛС отразятся все лучи, падающие на отражатель между лучами АВ и DC; часть FB зеркала F не участвует в отражении лучей к РЛС. Легко видеть, что такие же результаты (как по площади отражения, так и по пройден­ному пути лучей при отражении) дало бы одиночное плоское зеркало MN, перпендикулярное падающим лучам: оно отражало бы точно назад все лучи от А до D.

Итак, УО эквивалентен плоскому зеркалу MN, несколько меньшему по площади, чем зеркала F и С, но обладающему тем замечательным свойством, что оно всегда перпендикулярно падающим лучам, и согласно формуле (32) обладает относи­тельно большой ЭПР для однопозиционной РЛС при любом расположении РЛС в пределах одного квадранта.

Длина эквивалентного зеркала

a₃ = ML + LN,

где LN=LC·sin; ML=BL·cos = CL· tg·cos=CL· sin ; следовательно,

ML= LN и a₃ = 2a₂ ·sin . (33)

Для двумерного случая второй размер эквивалентного зеркала b совпадает с длиной общего ребра зеркал. Поэтому, умножая обе части равенства (33) на b, имеем

S₃ = 2 S₂ · sin,

где S₂ - площадь грани УО со стороной a₂.

Согласно (32) ЭПР УО

(34)

При одинаковых размерах граней (a₁ = a₂) S₁ = S₂ = S. Фор­мула (34) справедлива лишь при  < 45°. При  > 45° грань a₁ использовалась бы полностью для отражения лучей в сторону РЛС, а подобный FB неиспользуемый участок оказался бы на зеркале С. При этом  < 45° и можно было бы вывести фор­мулу, аналогичную (34),

(35)

Формулы (34) и (35) описывают диаграмму обратного из­лучения УО по мощности (ненормированную), представленную на рис. 17, г (широкий лепесток). Узкие лепестки характери­зуют обратное излучение при однократном отражении от отдель­ных пластин УО, когда они перпендикулярны направлению на РЛС (  0 и   /2). Диаграмму обратного излучения не сле­дует путать с диаграммой направленности вторичного излуче­ния УО. Последняя в соответствии с рис. 17,в есть совместная диаграмма направленности двух пластин: эквивалентной пла­стины MN и пластины FB, создающей зеркальное отражение в соответствии с законами геометрической оптики (луч EFH на рис: 17, в). Эта диаграмма зависит от направления А на передатчик (на рис. 17,г, она изображена штриховой ли­нией).

ЭПР двугранного УО быстро уменьшается, если падающий луч отклоняется от плоскости чертежа (рис. 17,г). Чтобы диа­грамма обратного излучения была достаточно широкой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, УО должен иметь три взаимно перпендикулярных зеркала (рис. 17, б).

ЭПР трёхгранного УО также находят путём вычисления площади эквивалентного плоского зеркала. Расчёт показывает, что УО с треугольными гранями, имеющими длину ребра a(рис. 17, б) в направлении оси симметрии имеет ЭПР

(36)

ЭПР УО с квадратными гранями определяется формулой

(37)

Один трёхгранный УО обслуживает один октант. Для обслуживания всей сферы используют конструкцию из 8 УО, образованных тремя взаимно перпендикулярными металлическими пла­стинами (рис.18). УО создаёт относительно большую ЭПР для однопозиционной (совмещённой) РЛС. Например, при  = 3 см и а=1 м для УО с треугольными гранями по формуле (36) получим S_Э = 4700 м2. Шар радиуса r = 1м дал бы всего лишь S_Э = 3,14 м². Заметим, однако, что шар даёт такую ЭПР не только для на­правления прихода волны, но и во всех других направлениях, а УО - только в сторону передатчика.

С уменьшением ЭПР УО растёт, но только при условии высокой точности изготовления УО, так как требования к точности изготовления зависят от длины волны и возрастают при уменьшении. К примеру, отклонение внешнего края зеркал от теоретически точного положения на/ 3 уменьшает ЭПР на 50%.

Большая ЭПР УО при относительно малых размерах делает его незаменимым как искусственную цель.

Перечислим некото­рые задачи, при решении которых используются УО:

1) для создания радиолокационного ориентира на местно­сти, не имеющей естественных ориентиров:

- пассивные радиолокационные маяки в пустыне, тайге;

- радиобакены на сложных фарватерах в реках и заливах;

2) для создания искусственной цели, выделяющейся по ве­личине сигнала на фоне местных предметов (УО на «Луно­ходе-1» и др.);

3. для предупреждения столкновения (задний «фонарь» ве­лосипеда, ночные пассивные указатели на дорогах, освещаемые фарами автомашины, радиолокационные УО на малых судах).

?

21. Укажите способы селекции сигнала от объекта, летящего в сопровождении множества УО. 22. Два корпуса дома и асфальтовый двор могут об­разовать УО, демаскирующий город. Какие требования следовало бы предъявить к архитектуре с учётом спе­цифики радиолокации? 23, Как устроен задний «красный фонарь» велоси­педа?