بخشی از مقاله
چکیده:
عوامل متعددی بر روی سطح مقطع راداری تاثیر گذار هستند، یکی از این عوامل فرکانس است. در این مقاله با استفاده از نرمافزار CST سطح مقطع راداری تک پایه و دوپایه یک گلایدر در چهار فرکانس 3,5,10,14GHz در دو نوع پلاریزاسیون افقی و عمودی بهدست آمده و با یکدیگر مقایسه شدهاند و نتایج نشان میدهد که با افزایش فرکانس، میانگین سطح مقطع راداری تک پایه در هر دو نوع پلاریزاسیون و همچنین میانگین سطح مقطع راداری دوپایه در پلاریزاسیون افقی، افزایش مییابد. در حالیکه در پلاریزاسیون عمودی میانگین سطح مقطع راداری دو پایه با افزایش فرکانس ابتدا زیاد میشود اما در ادامه کاهش مییابد.
-1 مقدمه
سطح مقطع راداری اهداف به عواملی چون فرکانس و زاویه دید بستگی دارد بنابراین رفتار پراکندگی امواج الکترومغناطیسی در یک فرکانس و زاویه معین نشان میدهد که چطور یک جسم قابل شناسایی است. ازطرف دیگر، سطح مقطع راداری برای صنایع نظامی بسیار حائز اهمیت است، زیرا فناوری رادارگریزی و شناسایی اهداف دشمن دو نقطه مقابل یکدیگر هستند که برای رادارگریزی نیاز است تا سطح مقطع راداری کم باشد تا شناسایی بهخوبی صورت نگیرد در حالیکه برای شناسایی اهداف لازم است سطح مقطع راداری بزرگتر باشد.
رادارها بر اساس موقعیت فرستنده و گیرنده به دو دسته تک پایه و دوپایه تقسیمبندی میشوند، اگر فرستنده و گیرنده در یک مکان باشند رادار تکپایه است اما اگر فرستنده در یک مکان و گیرنده در مکان دیگری باشد رادار دوپایه است. همچنین روش-های اندازهگیری متعددی برای محاسبه سطح مقطع راداری ازقبیل اپتیک هندسی، روش ممان، روش تفاضل محدود، روش المان محدود در حوزه زمان و فرکانس وجود دارد.[2-4] یک روش برای محاسبه سطح مقطع راداری اجسام با شکل هندسی پیچیده و ابعاد بزرگ، روش اپتیک فیزیکی است، از مزیتهای این روش زمان شبیهسازی کوتاه است
بدین منظور در بخش دوم به تعریف این روش و روابط آن پرداخته میشود و سپس در بخش سوم سطح مقطع راداری و فرمولهای آن بیان میشود و در نهایت در بخش چهارم سعی شده است تا تاثیر فرکانسهای متفاوت در چهار باند فرکانسی - 3,5,10,14 GHZ - S,C.X.Ku و در دو نوع پلاریزاسیون افقی و عمودی بر روی سطح مقطع راداری تک پایه و دوپایه یک گلایدر - هواپیمای بدون موتور - با استفاده از نرمافزار CST و روش اپتیک فیزیکی بررسی شوند.
-2 روش اپتیک فیزیکی - PO -
اصل اولیه روش اپتیک فیزیکی جریان سطحی ایجادشده به-وسیله موج الکترومغناطیسی ورودی است. در سطوح فلزی، تنها جریانهای سطحی بایستی در نظر گرفته شوند، که بردار میدان مغناطیسی تابشی در نقطه است و بردار نرمال صفحه است. شکل1 دستگاه مختصاتی لازم برای محاسبه سطح مقطع راداری با استفاده از روش اپتیک فیزیکی را نشان میدهد. برای محاسبه اپتیک فیزیکی که برای جهت پراکندگی تعریف شدهاند. مطابق[6]، شدت میدان پراکندگی در جهتهای و میتواند به شکل زیر نوشته شود که و زوایای تابش،زوایای پراکندگی، و نقاط میدان تابشی را حساب میکند. 0 امپدانس فضای آزاد است. این مهم است که توجه نمایید اگر سطح نسبت به طول موج کوچک باشد، و متناسب با سطح المان سطحی مستطیلی است. براساس روش اپتیک فیزیکی، شدت میدان پراکندگی با انتگرال روی کل سطح جسم محاسبه میشود.
اگر سطح با اشعههای گسسته بررسی شود، انتگرال به یک مجموع از قسمتهای پرتو کاهش مییابد. توجه داشته باشید که هر پرتو نماینده یک جبهه موج است، بنابراین سطح روشن شده بهوسیله پرتو بایستی تعیین شود. بنابراین، این سطح در حالت کلی یک شکل نسبتا پیچیده دارد و تنها پرتوهای گسسته ترسیم شدهاند، و شکل دقیق آنها در این حالت ناشناخته باقی میماند. متاسفانه، اگر یک شبکه متراکم از پرتوها به سطوح جسم برخورد کند، یک انتگرالگیری قراردادی بر روی سطح روشنشده ضروری نیست. در این حالت، هر انتگرالگیری نقطه از یک پرتو با سطح یک المان سطح را نشان میدهد.
همانطور که بیان شد، اگر کوچک باشد، قسمتهای اپتیک فیزیکی متناسب با اندازه سطح است. بنابراین، شکل دقیق مناسب نیست و میتواند بهعنوان یک مربع با نقطه مرکزی دادهشود - شکل1 را ببینید - ، بنابراین فرمول اپتیک فیزیکی برای یک مستطیل میتواند بهکار برده شود. فرمول اپتیک فیزیکی به نقاط گیرنده و انتگرالگیر سطح نیاز دارد، که میتواند از چگالی پرتو در سطوح جسم استنباط شود. فرض کنید اهداف درنظر گرفته شده از یک تعداد معینی المان سطح ساختهشده-است، بنابراین یک سهمی از سطوح کوچک که بهوسیله پرتو برخورد میکند، است. باید توجه داشت که هر سطح کوچک به-وسیله چندین پرتو بهمنظور یک نرخ اسکن که به سطوح برخورد میکند را آماده میکند.
اگر سطح از یک تعداد زیادی سطوح کوچک ساخته شده باشد، بهعنوان مثال، سطوح کوچک با ابعاد کوچکتر از /10 ، انتگرال سطح اپتیک فیزیکی میتواند بهصورت تئوری با محاسبه یک پرتو به هر وجه انجام شود. بنابراین، اگرچه این رویکرد برای بازتابهای تکی بسیار کارآمد خواهد بود، تلاشهای صورت گرفته در یک حالت چشمگیر اگر تعامل چندگانه درنظر گرفته شود افزایش خواهد یافت.
شکل .1 دستگاه مختصاتی برای روش اپتیک فیزیکی
-3 تعریف سطح مقطع راداری اهداف
سطح مقطع راداری یک نقش اساسی در فهم پدیده الکترومغناطیس و طراحی رادارها در نواحی فرکانسی متفاوت بازی میکند.[7] مدلسازی سطح مقطع راداری و کاهش آن در طراحی سیستمهای نظامی - رادارگریزی - در فناوری پدافند ازقبیل موشکها و جنگندههای مبارز ضروری است. سطح مقطع راداری از میدانهای پراکندگی ایجاد شده بوسیله موج صفحهای تابشی که از یک جهت خاص به هدف برخورد میکند اندازه گیری و محاسبه میشود[8]،
که R در آن فاصله بین فرستنده رادار و هدف است و s میدان الکتریکی پراکندگی و میدان الکتریکی تابشی است.
سطح مقطع راداری یک مقدار میدان-دور است، و هر دو میدان-های تابشی و پراکندگی در سیستم مختصات کروی ارائه می-شوند. هر دو میدان ممکن است θ یا φ باشند که به ترتیب امواج پلاریزه شده تتا یا فی - پلاریزاسیونهای عمودی یا افقی - نامیده میشوند.
سه ناحیه فرکانسی سطح مقطع راداری وجود دارد[9]،
-1 فرکانسهای کم - ناحیه رایلی - ، که ابعاد هدف در مقایسه با طول موج رادار کوچکتر است . - l≪ - در این ناحیه، سطح مقطع راداری با توان چهارم فرکانس - ⍺ 4 - و با توان دوم حجم هدف متناسب است.
-2 فرکانسهای متوسط - ناحیه رزونانس - ، که ابعاد اهداف با طول موج تقریبا برابر است - l≈ - ، شکل هندسی و جنس هدف بر روی سطح مقطع راداری اثر دارد و به همین دلیل، روشهای تحلیلی به ندرت کاربرد دارند. خوشبختانه، در این ناحیه روش-های عددی حوزه زمانی و فرکانسی بسیار موثر و قدرتمندی وجود دارد. سطح مقطع راداری اهداف رادارهای امواج آسمانی - HFSKYR - و رادارهای امواج سطحی فرکانس بالا - HFSWR - در این ناحیه اتفاق میافتد.
-3 فرکانسها بالا - ناحیه نوری - ، که ابعاد اهداف در مقایسه با طول موج بسیار بزرگتر است . - ≫ - در این ناحیه، سطح مقطع راداری دارای مقدار مشابه با مساحت واقعی هدف دارد. تقریبهای فرکانس بالا در این ناحیه تنها برای تحقیق در زمینه-هایی از قبیل لبهها و منحنیها و صفحات منعکسکننده و ...
استفاده میشوند. همچنین سطح مقطع راداری اهداف رادارهای مایکروویو - MWR - مربوط به این ناحیه میشوند.
-4 بررسی تاثیر فرکانس بر روی سطح مقطع راداری گلایدر
دراین بخش به بررسی تاثیر فرکانسهای مختلف بر روی سطح مقطع راداری در دوحالت تک پایه و دوپایه پرداخته میشود. بدین منظور ابتدا با استفاده از نرم افزار CST با استفاده از روش اپتیک فیزیکی - PO - شبیهسازی صورت میگیرد - شکل2 گلایدر در محیط CST است - .
برای شبیهسازی و مشاهده نتایج یک موج صفحه ای یکنواخت تابشی با زاویه = 90° , = 5° به گلایدر که هدف مورد نظر است برخورد می کند - در حالت دوپایه - . نتایج میانگین سطح مقطع راداری تک پایه و دوپایه در جدول یک در چهار فرکانس 3,5,10,14GHz در دو پلاریزاسیون افقی و عمودی مشاهده می-شود، که با مقایسه نتایج دیده میشود که با افزایش فرکانس، میانگین سطح مقطع راداری تک پایه در دو حالت پلاریزاسیون افقی و عمودی افزایش مییابد. در حالیکه با افزایش فرکانس، میانگین سطح مقطع راداری دوپایه در پلاریزاسیون افقی افزایش مییابد اما در پلاریزاسیون عمودی سطح مقطع راداری ابتدا افزایش مییابد اما در ادامه کاهش مییابد.
همچنین مشاهده میشود که در حالت کلی در پلاریزاسیون عمودی، میانگین سطح مقطع راداری تک پایه دارای مقدار بسیار بزرگتری نسبت به میانگین سطح مقطع راداری دوپایه در تمامی فرکانسها میباشد. ولی در حالت پلاریزاسیون افقی برعکس می-باشد یعنی در تمامی فرکانسها میانگین سطح مقطع راداری دوپایه دارای مقدار بیشتری نسبت به تک پایه است.
