بخشی از مقاله
چکیده
برای نامرئی بودن از دید سیستمهای راداری سطح مقطع راداری - RCS - یکی از پارامترهای کلیدی میباشد که باید مینیمم نگه داشته شود. RCS مشخصات پراکندگی هدف را تعیین میکند، به عبارت دیگر RCS بیانگر میزان سیگنال برگشتی در جهت آنتن گیرنده میباشد. سطح مقطع راداری هدفهای مرکب و پیچیده نظیر کشتیها، هواپیماها، شهرها و زمین توابع پیچیدهای از زاویه دید، پلاریزاسیون و فرکانس رادار میباشند. یک هدف مرکب را میتوان ترکیبی از اجسام مستقل که انرژی را در همه جهات منتشر میکنند در نظر گرفت.
در ناحیه فرکانس بالا، روشهای مختلفی برای محاسبه میدانهای پراکنش و سطح مقطع راداری وجود دارد که هر کدام از این روشها در موارد بخصوصی به کار میروند. در این مقاله نشان داده شده که ساختارهای شطرنجی شکل که از ترکیب سلولهای PEC وAMC، تشکیل میشوند قابلیت کاهش RCS را دارند مهمترین مزیت این ساختارها، کم حجم بودن و قابلیت تطبیق آن با هر شکل هدفی در عین حال با حفظ مشخصات آن میباشد، علاوه بر این، این ساختارها به سادگی با تکنولوژی مدارات چاپی استاندارد قابل ساخت هستند.
-1 مقدمه
یکی از روشهای مرسوم برای کاهش سطح مقطع راداری یک ساختار این است که سطح با یک نوع ماده تلفاتی که میتواند باعث جذب امواج الکترومغناطیس در فرکانس کاری رادار گردد، پوشش داده شود. یک جاذب راداری ایدهال باید نازک، سبک، بادوام، مجتمعپذیر، دارای قیمت مناسب و دارای پوشش فرکانسی در یک پهنای باند وسیع باشد. اما پیدا کردن جاذبی که دارای تمامی مشخصات بالا باشد بسیار مشکل و تقریبا غیرممکن است. یکی از تکنیکهای طراحی جاذبهای الکترومغناطیس کلاسیک و معمول، استفاده از صفحات سالیسبری میباشد.[1]
یک جاذب رزونانسی ساده دیگر، لایههای دالنبچ میباشد.[2] که با استفاده از یک لایه تلفاتی مقاومتی که در پشت آن صفحه فلزی قرار گرفته، ساخته میشود.جاذب تک لایه دیگری در آزمایشگاه تحقیقاتی بالیستیک توسط گوس طراحی شده که براساس ترکیب رشتههای چف، داخل دیالکتریکی با ثابت دیالکتریک نزدیک به یک به وجود آمده است.[3]
دستیابی به یک جاذب پهنباند با استفاده از یک لایه جاذب نازک مشکل و گاهی غیرممکن است. بنابراین کارهای زیادی برای افزایش پهنای باند جاذبها با استفاده از لایههای چندگانه انجام شده است .[4] دو نوع معروف جاذبهای چندگانه، جاذبهای جوامن و جاذبهای با دیالکتریک پلهای هستند. پهنای باند صفحات سالیسبری میتواند با اضافه کردن صفحات مقاومتی و جداکنندهها بهبود یابد به چنین جاذبی، جاذب جوامن گفته میشود.[5]
برای بهبود عملکرد این جاذب، مقاومت صفحات باید از بیشترین مقدار برای صفحه جلویی تا کمترین مقدار برای صفحه آخری تغییر نماید. پهنای باند به تعداد صفحات بستگی دارد. به عنوان مثال یک جاذب چهار لایه در این حالت میتواند پهنای باندی معادل چهار برابر جاذب تکلایه را داشته باشد ولی عیب آن این است که به همان نسبت ضخامت آن افزایش مییابد.
آرایه فلزی قرار داده شده روی زیرلایه دیالکتریک زمینشده، مانند سطوح هادی مغناطیسی مصنوعی - AMC - عمل میکند. آنها امواج تابشی را با شیفت فاز صفر یا نزدیک صفر برای یک محدوده فرکانسی برمیگردانند. این مشخصات جهت طراحی مواد جاذب راداری - RAM - نازک که طراحی اصلاح شده برای جاذبهای سالیسبری که شامل صفحه مقاومتی تلفاتی قرارداده شده در فاصله /4 از صفحه زمین است، میباشد. محدودیت فاصله /4 از صفحه زمین در صفحات سالیسبری باعث پرحجم و سنگین شدن این صفحات در فرکانسهای پایین میگردد.
دکتر انقطاع نشان داد با قرار دادن صفحات FSS در فاصله بسیار کمی از صفحه زمین، سطوح AMC تشکیل داد و برای طراحی جاذب صفحه مقاومتی را روی این سطوح قرار داد و محدودیت فاصله /4 از صفحه زمین را از یبن برد و در نتیجه جاذبهای بسیار نازکتری نسبت به صفحات سالیسبری طراحی نمود.[6]طراحی جاذبی نازک با وزن کم که قابلیت کاهش RCS هدف در یک پهنای باند وسیع را داشته باشد در سالهای اخیر به شدت مورد توجه قرار گرفته است.
برای این هدف روشهایی بر اساس سطوح امپدانس بالای فراماده بسیار نازک که با مقاومتهای فشرده بارگذاری شدهاند جهت تحقق مواد جاذب راداری - RAM - بسیار نازک پیشنهاد شدند11]،.[7 یکی از روشهای دیگر استفاده از سطوح AMC جهت کنترل پراکندگی امواج از هدف بر مبنای شکلدهی میباشد. اصل بر انعکاس سیگنال خارج از جهت آینهای میباشد. یک جاذب بسیار نازک با استفاده از ترکیب سلولهای PEC و AMC مطابق شکل - - 7، طراحی شده است و نشان داده شده که این ساختار در تابش عمودی و در یک پهنای باند نسبتا باریک خوب کار میکند.[8]
محدودیت پهنای باند میتواند با جایگزینی سلولهای PEC با AMC دیگر با فرکانس رزونانس متفاوت تا حدودی برطرف گردد.[12] این جایگزینی باعث میشود که شرایط میدان تخریبی حداقل در فرکانس رزونانس هر دو AMC برآورده شود. بنابراین یک طراحی دو باندی میتواند بدست آید14]،.[13 در این مقاله به بررسی ساختارهای FSS و AMC و چگونگی استفاده از آنها در ساختارهای شطرنجی شکل برای کاهش RCS میپردازیم.
-2 سطح مقطع راداری
از جنبه نظری، با حل معادلات ماکسول و اعمال شرایط مرزی مناسب میتوان میزان پراکندگی و در نتیجه سطح مقطع راداری را محاسبه کرد. سطح مقطع راداری هدف طبق تعریف عبارت است از سطحی فرضی که مقدار انرژی بازگشتی از آن به سمت رادار به صورت همسانگرد ، برابر با همان مقدار انرژی پراکنده شده از هدف اصلی به سوی رادار میباشد.
معمولترین تعریف از RCS به صورت رابطه - 1 - میباشد.[9] که در این رابطه Ei و Es به ترتیب میدانهای الکتریکی تابیده شده روی هدف توسط رادار و پراکنده شده توسط هدف در محل گیرنده و R بیانگر فاصله بین هدف و رادار می باشد. در این رابطه حد به سمت بینهایت به این علت به کار رفته که اطمینان حاصل شود که هدف در میدان دور رادار قرار گرفته به طوری که موج تابشی و پراکندهشده در محل گیرنده یک موج صفحهای باشد.
محاسبه مستقیم سطح مقطع راداری از معادلات ماکسول فقط برای شکلهای هندسی ساده قابل انجام میباشد. در هر حال میتوان گفت که اندازه و شکل هندسی و ناپیوستگیهای سطح هدف، مانند گوشهها و لبهها بر روی سطح مقطع راداری آن مؤثر است. عوامل دیگری مانند جنس هدف، طول موج فرستنده و زاویه دید آنتن، همچنین اختلاف در موقعیت فیزیکی آنتنهای گیرنده و فرستنده نیز بر سطح مقطع هدف از دید رادار تاثیر دارد.
از آنجا که اهداف راداری مانند هواپیما، کشتی، موشک و موانع زمینی دارای شکلهای گوناگونی هستند لذا در نظر گرفتن آنها به عنوان سطوح هموار که معادلات پخش انرژی برای آنها قابل نوشتن باشد، به خطاهای قابل توجهای منجر خواهد شد. به همین دلیل اندازهگیریهای تجربی اساس محاسبات سطح مقطع راداری را تشکیل میدهند. همان طور که اشاره شد طول موج و فرکانس نیز در محاسبه RCS مؤثر میباشد. اما ارائه راهحلهای معتبر برای محدوده وسیعی از فرکانسها بسیار مشکل است.
یک مثال بارز، که معرف محدودههای فرکانسی میباشد کره است که به دلیل تقارن و ثابت بودن سطح آن از هر زاویه دید، در اندازهگیری سطح مقطع هدفهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. RCS اهدافی که معمولا رادار با آنها مواجه است پیچیدهتر از کره، استوانه و صفحات صاف هستند. اما الگوی پراگندگی هر هدف پیچیدهای میتواند به الگوی پراکندگی اشکال اصلی و مبنا تجزیه گردد.
