КОНСТРУКЦИЯ ОБТЕКАТЕЛЯ АНТЕННЫ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ, СИСТЕМА, ЗАЩИЩЕННАЯ ОТ РАДИОИЗЛУЧЕНИЯ, И СПОСОБЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
RADAR ANTENNA RADOME DESIGN, A SYSTEM PROTECTED FROM RADIO EMISSION AND METHODS OF THEIR USE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/566384, поданной 30 сентября 2017 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0002] Настоящее раскрытие относится в целом к обтекателю антенны радиолокационной станции, пригодному, например, для ограждения антенны. Настоящее раскрытие относится, в частности, к легким слоистым конструкциям обтекателей антенн радиолокационных станций, обладающим широкополосной функциональностью.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Обтекатель антенны радиолокационной станции - это конструктивный элемент, обеспечивающий защитную оболочку для радиолокационного устройства, такого, как, например, антенна, которая защищает радиолокационное устройство от погодных условий и других воздействий окружающей среды. Основные конструктивные ограничения на обтекатель антенны радиолокационной станции включают в себя как достаточную конструктивную целостность для защиты радиолокационного устройства от неблагоприятных условий окружающей среды, так и конструкцию, которая ограничивает потери сигнала, вызванные обтекателем антенны радиолокационной станции, чтобы предотвратить значительные взаимные помехи электромагнитным характеристикам антенны, заключенной в его объеме. Форма также может быть важной характеристикой, поскольку расположение обтекателя антенны радиолокационной станции может потребовать определенных ограничений на указанную форму, в то время как форма также будет влиять на производительность обтекателя антенны радиолокационной станции. Например, аэродинамика часто учитывается при установке обтекателя антенны радиолокационной станции на самолет.
[0004] Принципиальная конструкция многих обтекателей антенны радиолокационной станции представляет собой оболочку, которая закрывает подлежащее защите устройство, причем указанная тонкая оболочка обладает электромагнитными свойствами, позволяющими сигналу требуемой частоты или частот проходить через обтекатель антенны радиолокационной станции к и/или от указанного устройства. Указанная оболочка обычно состоит из слоистой структуры, имеющей один или несколько слоев диэлектрического материала, подобранных таким образом, чтобы ограничить потери при прохождении сигнала через обтекатель антенны радиолокационной станции. Указанная эффективность функционирования слоистой конструкции основана на ряде характеристик, включая относительную диэлектрическую проницаемость слоев, толщину слоев по отношению к длине волны сигнала, а также количество и состав слоев.
[0005] Одна из конструкций слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции, обладающая широкополосными возможностями, включает в себя основную конструкцию, обеспечивающую структурную целостность, и согласующиеся слои как на внутренней, так и на внешней сторонах основной конструкции, которые улучшают электрические характеристики обтекателя антенны радиолокационной станции. В то время как такая структура демонстрирует ограниченные потери сигнала и ограниченные помехи сигналам, принимаемыми или излучаемыми радиолокационным устройством, указанные слои могут значительно увеличить вес обтекателя в целом.
[0006] То, что необходимо, - это эффективная конструкция обтекателя антенны радиолокационной станции, которая должна быть легкой, но при этом обладать широкополосными возможностями.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, обеспечивается слоистая структура обтекателя антенны радиолокационной станции с целью использования для излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, при этом слоистая структура имеет открытые наружную поверхность и внутреннюю поверхность, причем слоистая структура содержит:
внутреннюю часть, имеющую наружную поверхность и внешнюю поверхность, причем наружная поверхность внутренней части находится в пределах 0,75 мм от открытой наружной поверхности слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции, при этом внутренняя часть содержит первый слой внутренней части, имеющий первую относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3, и второй слой внутренней части, имеющий вторую относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3, причем первый слой внутренней части определяет наружную поверхность внутренней части, а второй слой ядра определяет внутреннюю поверхность внутренней части, а также промежуточный слой внутренней части между первым слоем внутренней части и вторым слоем внутренней части; и
внутреннюю структуру, расположенную на внутренней поверхности внутренней части, при этом внутренняя структура имеет наружную поверхность, примыкающую к внутренней части, и внутреннюю поверхность, которая является открытой, при этом внутренняя структура содержит по меньшей мере один слой, причем каждая из первой относительной диэлектрической проницаемости и второй относительной диэлектрической проницаемости по меньшей мере на 0,4 больше (например, по меньшей мере на 0,7 больше, по меньшей мере на 1 больше или даже по меньшей мере на 1,3 больше), чем относительная диэлектрическая проницаемость любого слоя во внутренней структуре.
[0008] В соответствии с другим аспектом, настоящее раскрытие обеспечивает слоистую структуру для обтекателя антенны радиолокационной станции с целью использования для излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, при этом слоистая структура содержит:
внутреннюю часть, имеющую внутреннюю поверхность и наружную поверхность, причем внутренняя часть, содержащая первый слой внутренней части, имеющий первую относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3, и второй слой внутренней части, имеющий вторую относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3, причем первый слой внутренней части, примыкает к наружной поверхности внутренней части, а второй слой внутренней части примыкает к внутренней поверхности внутренней части; и
внутреннюю структуру, расположенную на внутренней поверхности внутренней части, при этом внутренняя структура, имеющая наружную поверхность, примыкающую к внутренней части, и внутреннюю поверхность, которая является открытой, при этом внутренняя структура содержит по меньшей мере один слой, причем каждая из первой относительной диэлектрической проницаемости и второй относительной диэлектрической проницаемости по меньшей мере на 0,4 больше (например, по меньшей мере на 0,7 больше, по меньшей мере на 1 больше или даже по меньшей мере на 1,3 больше), чем относительная диэлектрическая проницаемость любого слоя во внутренней структуре,
при этом никакой слой, имеющий толщину не менее 0,75 мм, не располагается на наружной поверхности внутренней части.
[0009] В соответствии с другим аспектом, настоящее раскрытие обеспечивает обтекатель антенны радиолокационной станции с целью использования для излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, причем обтекатель антенны радиолокационной станции имеет замкнутую трехмерную форму с открытой выпуклой наружной поверхностью и открытой вогнутой внутренней поверхностью, причем указанная замкнутая трехмерная форма содержит по меньшей мере одну слоистую структуру, как описано в данном документе.
[0010] В соответствии с другим аспектом, настоящее раскрытие обеспечивает способ передачи излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, включающий в себя:
позиционирование обтекателя антенны радиолокационной станции, как описано в данном документе, для защиты радиолокационного устройства; и
работу радиолокационного устройства, которая позволяет передавать излучение с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны через слоистую структуру.
[0011] В соответствии с другим аспектом, настоящее раскрытие обеспечивает способ приема излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, включающий в себя:
позиционирование обтекателя антенны радиолокационной станции так, как это описано в настоящем документе, для защиты радиолокационного устройства; и
прием излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны через конструкцию обтекателя антенны радиолокационной станции.
[0012] Дополнительные аспекты этого изобретения будут очевидны из приведенного в данном документе настоящего раскрытия.
Краткое описание графических материалов
[0013] Прилагаемые графические материалы включены для обеспечения дальнейшего понимания указанных способов и устройств настоящего раскрытия, а также которые включены в настоящее описание изобретения и составляют его часть. Графические материалы не обязательно представлены в масштабе, а размеры различных элементов могут быть искажены для наглядности. Графические материалы иллюстрируют один или несколько вариантов реализации раскрытия и вместе с настоящим описанием служат для объяснения принципов и функционирования настоящего изобретения.
[0014] Фиг.1 представляет собой схематический вид поперечного сечения части слоистой структуры для обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с одним из вариантов реализации изобретения;
[0015] Фиг.2 представляет собой схематический вид поперечного сечения участка слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с другим вариантом реализации изобретения;
[0016] Фиг.3 представляет собой схематический вид поперечного сечения части слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с другим вариантом реализации изобретения;
[0017] Фиг.4 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения части слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с еще одним вариантом реализации изобретения;
[0018] Фиг.5 представляет собой схематический вид поперечного сечения участка слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с другим вариантом реализации изобретения;
[0019] Фиг.6 представляет собой схематический вид поперечного сечения части слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с другим вариантом реализации изобретения; и
[0020] Фиг.7 представляет собой схематическое изображение обтекателя антенны радиолокационной станции, расположенного поверх радиолокационного устройства в соответствии с вариантом реализации изобретения.
подробное описание ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0021] От имени изобретателя отметим, что использование согласующихся слоев как на внутренней, так и на наружной стороне основной структуры обтекателя антенны радиолокационной станции может нежелательно увеличить вес конструкции обтекателя антенны радиолокационной станции. Изобретатель неожиданно установил, что использование дополнительных слоев с низкой относительной диэлектрической проницаемостью только на внутренней стороне основной структуры позволяет достичь значительного уменьшения веса при сохранении приемлемых электромагнитных характеристик.
[0022] В соответствии с этим, одним из аспектов изобретения является слоистая структура обтекателя антенны радиолокационной станции с целью использования для излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны. Слоистая структура имеет внутреннюю часть и внутреннюю структуру, причем внутренняя часть приспособлена для размещения на наружной стороне обтекателя антенны радиолокационной станции, а внутренняя структура расположена на внутренней стороне обтекателя антенны радиолокационной станции. Один из вариантов реализации такой слоистой структуры схематически изображен в виде поперечного сечения на Фиг.1. Слоистая структура 100 содержит открытую наружную поверхность 102 и внутреннюю поверхность 104. При использовании в обтекателе антенны радиолокационной станции, который покрывает радиолокационное устройство, как изображено на Фиг.7 (описано ниже), внутренняя поверхность 104 обращена к радиолокационному устройству, в то время как поверхность 102 обращена в сторону от радиолокационного устройства и подвергается воздействию атмосферы. Слоистая структура 100 состоит из внутренней части 110 и внутренней структуры 150. Внутренняя часть 110 имеет наружную поверхность 112, которая находится в пределах 0,75 мм от открытой наружной поверхности 102 слоистой структуры; причем в варианте реализации на Фиг.1, наружная поверхность 112 внутренней части 110 образует наружную поверхность 102 слоистой структуры. Указанная внутренняя часть также имеет внутреннюю поверхность 114, которая примыкает к внутренней структуре 150. В частности, внутренняя поверхность 114 внутренней части примыкает к наружной поверхности 152 внутренней структуры 150. Напротив внутренней части 110 внутренняя структура 150 имеет внутреннюю поверхность 154, которая образует внутреннюю поверхность 104 слоистой структуры.
[0023] Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники должно быть понятно, что наружная поверхность 102 и внутренняя поверхность 104 слоистой структуры находятся на концах поперечного сечения слоистой структуры 100. Таким образом, эти поверхности приспособлены для того, чтобы образовать наиболее наружные и наиболее внутренние поверхности обтекателя антенны радиолокационной станции и при этом быть открытыми поверхностями. Например, в уже построенном обтекателе антенны радиолокационной станции, наружная поверхность слоистой структуры может подвергаться воздействию окружающего воздуха или примыкающей окружающей среды. Аналогичным образом, внутренняя поверхность указанной слоистой структуры также может подвергаться воздействию окружающей среды. В качестве альтернативы, если обтекателе антенны радиолокационной станции герметичен, то внутренняя поверхность может подвергаться воздействию сжатого воздуха или другого газа, заключенного внутри обтекателе антенны радиолокационной станции.
[0024] В основной конструкции, изображенной на Фиг.1, внутренняя часть 110 выполнена из одного единственного слоя 120 внутренней части, причем внутренняя структура 150 также выполнена из одного единственного внутреннего слоя 160. В этом варианте реализации изобретения, указанный слой 120 внутренней части имеет относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3, а внутренний слой 160 имеет относительную диэлектрическую проницаемость меньшую, чем в указанном слое 120 внутренней части. В частности, внутренний слой 160 может иметь относительную диэлектрическую проницаемость, которая по меньшей мере на 0,4 меньше относительной диэлектрической проницаемости указанного слоя 120 внутренней части.
[0025] В примере реализации изобретения на Фиг.1, внутренняя часть 110 обеспечивает жесткость и прочность для использования слоистой структуры в обтекателе антенны радиолокационной станции. Чтобы обеспечить эту конструктивную целостность, по меньшей мере один слой в составе внутренней части может иметь большую плотность и прочность, чем другие слои структуры. Здесь же, в варианте реализации изобретения изображенном на Фиг.1, слой 120 внутренней части имеет высокую относительную диэлектрическую проницаемость, и также обеспечивает структурную целостность внутренней части. Таким образом, слой 120 внутренней части может быть более плотным, чем другие слои в слоистой структуре 100.
[0026] Примеры материалов, которые могут быть использованы для слоя 120 внутренней части, содержат слоистые структуры, содержащие смолу, например эпоксидную, полиэфирную или полицианатную. Необязательно, смола может содержать армирующий компонент, такой как E-Glass, S-Glass, D-Glass, spectra, Kevlar или Кварц. В некоторых вариантах реализации изобретения, слой 120 внутренней части может содержать совокупность слоев ткани, пропитанной смолой.
[0027] Специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники должно быть понятно, что слой 120 внутренней части на Фиг.1 идентифицируется как единый слой на основе консистенции материала, присутствующего во всем слое, и относительно однородных характеристик материала слоя по его поперечному сечению. Однако специалистам со средним уровнем компетентности в данной области техники также должно быть понятно, что слой 120 внутренней части может быть выполнен из множества слоев волокнистых или других материалов, пропитанных смолой. Таким образом, в то время как слой 120 можно рассматривать как несколько слоев, при том, что он выполнен из ламината или аналогичного материала, основной слой 120 внутренней части рассматривается в данном случае как один слой, основанный на согласованности характеристик материала во всем слое, особенно если рассматривать его в масштабе длины волны излучения. Многие обтекатели антенны радиолокационной станции выполнены с возможностью использования с излучением, имеющим длину волны в миллиметровом диапазоне, и поэтому, неоднородности в диэлектрической проницаемости материала в диапазоне существенно меньше миллиметра, не будут ощущаться таким излучением. Другие слои также могут быть охарактеризованы как один слой, даже если они образованы из нескольких слоев одного конкретного материала.
[0028] Как указано выше, относительная диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя 160 меньше, чем у слоя 120 внутренней части. Возможные материалы для внутреннего слоя 160 включают материалы, имеющие сотовую структуру, ламинат с высокомодульной полипропиленовой тканью (ВМПП), ламинат с полиэтиленовой тканью и синтактическую пленку. Внутренний слой 160 также может быть выполнен из смолы, которая содержит материал, снижающий диэлектрическую проницаемость, в котором смола имеет высокую относительную диэлектрическую проницаемость, которая снижается до желаемого значения при добавлении материала, снижающего диэлектрическую проницаемость. Например, смола может включать заполненные воздухом микросферы для снижения относительной диэлектрической проницаемости. В данной области техники известно большое разнообразие материалов с низкой диэлектрической проницаемостью. Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может подобрать подходящие материалы для использования в качестве слоев с низкой диэлектрической проницаемостью слоистой структуры обтекателя антенны радиолокационной станции.
[0029] Помимо более низкой относительной диэлектрической проницаемости по сравнению со слоем 120 внутренней части, внутренний слой 160 также может иметь более низкую плотность, чем слой 120 внутренней части. С внутренней структурой 110, обеспечивающей структурную целостность соответствующего обтекателя антенны радиолокационной станции, внутренняя структура 150 может быть менее плотной и для поддержки опираться на внутреннюю структуру 110.
[0030] Специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники будет очевидно, что внутренний слой 142 может выступать в качестве так называемого согласующего слоя для улучшения общих электромагнитных характеристик слоистой структуры 100 при использовании в обтекателе антенны радиолокационной станции. В частности, включение внутреннего слоя 142 во внутреннюю структуру 150 может в некоторых желательных вариантах реализации изобретения обеспечить повышенную эффективность передачи и/или рабочий диапазон с более широкой полосой частот.
[0031] В одном варианте реализации настоящего изобретения, на Фиг.7 слоистая структура 100 показана при использовании внутри обтекателя антенны радиолокационной станции 10. В данном случае, обтекатель антенны радиолокационной станции 10 заключает в себе радиолокационное устройство 20, которое может быть, например, радиолокационной антенной или другой антенной. При таком местоположении радиолокационное устройство 20 защищено от окружающей среды 50, в частности, от любого ненастья или ветра. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения обтекатель антенны радиолокационной станции 10 выполнен в виде трехмерной вогнутой формы. Радиолокационное устройство 20 расположено внутри внутренней части вогнутой формы таким образом, что устройство 20 заключено внутри обтекателя антенны радиолокационной станции, но сигнал 30 все еще может проходить через обтекатель антенны радиолокационной станции с ограниченной потерей сигнала под различными углами. Благодаря трехмерной форме обтекателя антенны радиолокационной станции 10, внутренняя поверхность 104 слоистой структуры 100, обращенная к радиолокационному устройству 20, представляет собой вогнутую поверхность. Аналогично, в проиллюстрированной конструкции, наружная поверхность 102, обращенная в сторону от радиолокационного устройства 20, является выпуклой поверхностью. Альтернативно, в некоторых вариантах реализации изобретения, таких как плоский обтекатель антенны радиолокационной станции, слоистая структура 100 может быть плоской. В то время как обтекатель антенны радиолокационной станции на Фиг.7 появляется как однослойная структура, образующая трехмерную форму обтекателя антенны радиолокационной станции, возможно также, что обтекатель антенны радиолокационной станции будет образован совокупностью панелей слоистых структур, которые соединены стыками, как это знакомо специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники.
[0032] В случае, если обтекатель антенны радиолокационной станции 10 имеет трехмерную вогнутую форму, как изображено на Фиг.7, обтекатель антенны радиолокационной станции может содержать закрытый конец 12 и открытый конец 16. В таком варианте реализации изобретения, радиолокационное устройство 20 может проходить внутрь вогнутой формы обтекателя антенны радиолокационной станции 10 через открытый конец 16. Для обеспечения защиты радиолокационного устройства или антенны 20, обтекатель антенны радиолокационной станции 10 предпочтительно крепится к опорной конструкции 40. Например, в случае стационарного радиолокационного устройства, опорная конструкция 40 может быть выполнена с использованием грунта или крыши здания. Точно так же, обтекатель антенны радиолокационной станции, используемый в авиации, может быть прикреплен к обшивке самолета, которая действует как опорная конструкция. В некоторых вариантах реализации изобретения, обтекатель антенны радиолокационной станции 10 прикрепляется к опорной конструкции периферийной кромкой 14, которая окружает отверстие на открытом конце 16 обтекателя антенны радиолокационной станции 10. В некоторых областях применения особенно выгодно, если между периферийной кромкой 14 отверстия обтекателя антенны радиолокационной станции и опорной конструкцией 40 создается уплотнение 18. Это уплотнение может быть образовано плотным соединением между кромкой 14 обтекателя антенны радиолокационной станции и опорной конструкцией 40, или оно может быть воплощено в уплотнительной конструкции, расположенной между периферийной кромкой 14 и опорной конструкцией 40.
[0033] В варианте реализации изобретения, указанном на Фиг.1, наружная поверхность внутренней части формирует наружную поверхность слоистой структуры, а внутренняя поверхность внутренней структуры формирует внутреннюю поверхность слоистой структуры. Но специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что эти поверхности в некоторых вариантах реализации изобретения могут быть окрашены или иным образом иметь покрытие для обеспечения, например, защиты от окружающей среды или эстетического эффекта. Фиг.2 представляет собой еще один пример реализации изобретения в области слоистой структуры для обтекателя антенны радиолокационной станции в соответствии с настоящим изобретением. Подобно слоистой структуре 100, слоистая структура 200 имеет наружную поверхность 202 и внутреннюю поверхность 204 и содержит в себе внутреннюю часть 210 и внутреннюю структуру 250. В дополнение к внутренней части и внутренней структуре, слоистая структура 200 также содержит тонкое покрытие 290 на наружной поверхности внутренней части 212. Соответственно, покрытие 290 на внутренней части образует наружную поверхность 202 всей слоистой структуры 200.
[0034] Пример реализации изобретения, приведенный на Фиг.2, также включает покрытие 290, расположенное на внутренней поверхности 254 внутренней структуры 250. Это внутреннее покрытие 290, таким образом, образует внутреннюю поверхность 254 внутренней структуры 250.
[0035] Покрытие 290 может состоять из краски, которая наносится на внутреннюю и наружную поверхности слоистой структуры. Покрытие 290 может также включать другие покрытия, включая обычные покрытия, например, грунтовочное покрытие, антистатическое покрытие, поверхностное покрытие, которое заполняет дефекты поверхности, или пленочный клей, который уменьшает дефекты на поверхности обтекателя антенны радиолокационной станции. Некоторые варианты реализации изобретения могут включать в себя комбинации покрытий. Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может использовать обычные системы покрытия в конструкциях обтекателя антенны радиолокационной станции в рамках настоящего изобретения.
[0036] Указанное одно или несколько покрытий на наружной поверхности слоя внутренней части имеют толщину не более 0,75 мм (т.е. такую, что наружная поверхность внутренней части находится в пределах 0,75 мм от наружной поверхности слоистой структуры). В некоторых вариантах реализации изобретения, наружная поверхность внутренней части находится в пределах 0,25 мм от наружной поверхности слоистой структуры; в таких вариантах реализации изобретения, толщина покрытия (покрытий) может быть не более 0,25 мм. Вполне возможно, что покрытие 290 расположено только на наружной поверхности слоистой структуры 200. Например, покрытие может оказаться ненужным в защищенной и обычно невидимой среде внутри обтекателя антенны радиолокационной станции, а краска может оказаться ненужной, поскольку внутренняя поверхность слоистой структуры обычно не будет видна наблюдателю при установке. Однако, и в других вариантах реализации изобретения, как изображено на Фиг.2, одно или несколько покрытий обеспечиваются на внутренней поверхности слоистой структуры (т.е. на внутренней поверхности внутренней структуры). В некоторых желательных вариантах реализации изобретения, внутренняя поверхность внутренней структуры находится в пределах 0,75 мм или даже в пределах 0,25 мм от внутренней поверхности слоистой структуры. В таких вариантах реализации изобретения, общая толщина покрытия на внутренней поверхности слоистой структуры также ограничена.
[0037] Хотя это и было проиллюстрировано только на Фиг.2 из графических документов, покрытие может быть предусмотрено на наружной и внутренней поверхности для любого варианта реализации изобретения относительно слоистой структуры по настоящему раскрытию, включая слоистые структуры, проиллюстрированные на Фиг.3-6.
[0038] Указанная внутренняя структура может быть выполнена с различными толщинами. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения, внутренняя структура имеет толщину не менее 0,25 мм, не менее 0,75 мм или даже не менее 1 мм. В других вариантах реализации изобретения, внутренняя структура имеет толщину не менее 2 мм или даже не менее 5 мм.
[0039] Указанные слоистые структуры показаны на приведенных графических материалах, на которых внутренняя часть находится в непосредственном контакте с внутренней структурой. Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что материалы внутренней части и основная часть внутренней структуры могут быть непосредственно ламинированы друг к другу. Но в других вариантах реализации изобретения, слой клея может связывать внутреннюю структуру с внутренней частью; причем специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что клей может быть выбран с достаточно низкой диэлектрической проницаемостью и/или достаточно низкой толщиной, чтобы он сам по себе по праву считался частью внутренней структуры. В таком случае, внутренняя структура будет включать в себя покрытие из клея, расположенное на наружной поверхности и образующее ее.
[0040] Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что узоры, используемые в поперечных сечениях, показанные на Фиг.1-6, предназначены только для того, чтобы отличать один слой от другого. Сходство узоров, используемых для иллюстрации слоев от одной фигуры к другой, не свидетельствует о каком-либо сходстве материальных характеристик этих слоев. Если есть сходство между слоями из разных изображенных вариантов реализации изобретения, то такое сходство объясняется в тексте.
[0041] Фиг.3 иллюстрирует другой вариант реализации настоящего изобретения, изображающий слоистую структуру 300. Аналогично реализации изобретения по Фиг.1, указанная структура слоя 300 содержит внутреннюю часть 310 с одиночным слоем 320 внутренней части. В данном случае опять же, слой 320 внутренней части образует наружную поверхность 302 слоистой структуры, а также наружную поверхность 312 внутренней части 310. Кроме того, основной слой 320 опять же имеет относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3. Внутренняя структура 350 слоистой структуры 300 содержит как первый внутренний слой 360, так и второй внутренний слой 370. Первый внутренний слой 360 расположен рядом с внутренней частью 310, а наружная поверхность 362 первого внутреннего слоя 360 закреплена на внутренней поверхности 314 внутренней части 310. Следуя далее внутрь, наружная поверхность 372 второго внутреннего слоя 370 закреплена относительно внутренней поверхности 364 первого внутреннего слоя 360, и внутренняя поверхность 374 второго внутреннего слоя 370 открыта, тем самым образуя внутреннюю поверхность 304 слоистой структуры 300. Оба внутренних слоя предпочтительно выполнены из материала, имеющего относительную диэлектрическую проницаемость существенно ниже, чем у внутренней части 310. Например, относительная диэлектрическая проницаемость обоих внутренних слоев (на самом деле, всех внутренних слоев) по меньшей мере на 0,4 меньше (например, по меньшей мере на 0,7 меньше, по меньшей мере на 1 меньше или по меньшей мере на 1,3 меньше), чем у внутренней части 310.
[0042] Мы подчеркиваем, что в данной области техники также известно большое разнообразие материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, и специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники, выберет соответствующие материалы для использования в качестве слоев с низкой диэлектрической проницаемостью внутренней структуры обтекателя антенны радиолокационной станции. Таким образом, возможные материалы для внутренних слоев 360 и 370 включают материалы, имеющие сотовую структуру, ламинат с высокомодульной полипропиленовой тканью (ВМПП), ламинат с полиэтиленовой тканью, синтактическую пленку или смолу с материалом, снижающим диэлектрическую проницаемость, или без нее. В одном конкретном варианте реализации изобретения, относительная диэлектрическая проницаемость первого внутреннего слоя 360 выше, чем относительная диэлектрическая проницаемость второго внутреннего слоя 370. Например, относительная диэлектрическая проницаемость первого внутреннего слоя может быть по меньшей мере на 0,4 больше (например, по меньшей мере на 0,5 больше), чем относительная диэлектрическая проницаемость второго внутреннего слоя 360. Предпочтительно, чтобы относительная диэлектрическая проницаемость обоих слоев 360, 370 внутренней структуры 350 была ниже, чем относительная диэлектрическая проницаемость внутренней части. Таким образом, относительная диэлектрическая проницаемость слоев слоистой структуры 300 неуклонно снижается от наружной поверхности 302 к внутренней поверхности 304. Также возможно, что относительная диэлектрическая проницаемость первого внутреннего слоя 360 будет ниже, чем у второго внутреннего слоя 370.
[0043] Фиг.4 представляет собой другую реализацию настоящего изобретения, включающую внутреннюю часть 410 и внутреннюю структуру 450. В этом варианте реализации изобретения, внутренняя часть 410 содержит первый слой внутренней части 420 на наружной поверхности 402 слоистой структуры 400 и второй слой внутренней части 440, примыкающий к внутренней структуре 450. Дополнительный слой, который является промежуточным слоем внутренней части 430, расположен между первым и вторым слоями внутренней части 420, 440. Предпочтительно, чтобы каждый из первого и второго слоев внутренней части 420, 440 имел относительную диэлектрическую проницаемость не менее 2,3 (например, не менее 2,5, например, в диапазоне от 2,5 до 5), а относительная диэлектрическая проницаемость внутреннего слоя 460 была бы меньше, чем у первого и второго слоев внутренней части 420, 440 (например, по меньшей мере на 0,4 или даже по меньшей мере на 0,7, по меньшей мере на 1 или по меньшей мере на 1,3). В данной области техники известно большое разнообразие материалов с высокой диэлектрической проницаемостью для использования в обтекателе антенны радиолокационной станции, и специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники, может выбрать соответствующие материалы с высокой диэлектрической проницаемостью для использования в структурах, описанных в данном документе. Например, материалы, которые могут быть использованы для первого и второго слоев внутренней части 420, 440, включают смолу, например, эпоксидную, полиэфирную или полицианатную. Необязательно, смола может включать в себя армирующий компонент, такой как E-Glass, S-Glass, D-Glass, spectra, Kevlar и кварц. Альтернативно, слои внутренней части 420, 440 могут содержать один или несколько слоев ткани, пропитанной смолой. В иллюстрированном на Фиг.4 варианте реализации изобретения, первый и второй слои внутренней части имеют одинаковые характеристики и, следовательно, одинаковую относительную диэлектрическую проницаемость.
[0044] Хотя внутренняя структура на Фиг.4 изображена только в виде одного слоя, возможно также для внутренней структуры 450 включить несколько слоев, подобных внутренней структуре 350 на Фиг.3. Предпочтительным является, если внутренняя структура 450 содержит более одного слоя, при этом относительная диэлектрическая проницаемость каждого из первого внутреннего слоя 420 и второго внутреннего слоя 440 больше, чем любого из слоев во внутренней структуре 450. В частности, предпочтительно, чтобы относительная диэлектрическая проницаемость первого и второго слоев внутренней части 420, 440 была по меньшей мере на 0,4 больше (например, по меньшей мере на 0,7 больше, по меньшей мере на 1 больше или по меньшей мере на 1,3 больше), чем у любого из слоев во внутренней структуре 450. Возможные материалы для внутреннего слоя внутренней структуры 450 включают материалы, имеющие сотовую структуру, ламинат с высокомодульной полипропиленовой тканью (ВМПП), ламинат с полиэтиленовой тканью, синтактическую пленку и смолу с материалом, снижающим диэлектрическую проницаемость; при этом специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники оценит, что можно использовать и другие материалы.
[0045] Относительная диэлектрическая проницаемость промежуточного слоя 430 может быть меньше, чем у первого и второго слоев внутренней части 420, 440. В частности, внутренняя часть, изображенная на Фиг.4, может быть выполнена в виде так называемой структуры сэндвич-А с двумя оболочками с высокой диэлектрической проницаемостью (например, слои 420 и 440), окружающими внутреннюю часть с низкой диэлектрической проницаемостью (например, 430). В этом случае относительная диэлектрическая проницаемость промежуточного слоя 430 значительно меньше, чем у первого и второго слоев внутренней части 420, 440, например, по меньшей мере на 0,4 меньше или даже по меньшей мере на 0,7 меньше, по меньшей мере на 1 меньше или по меньшей мере на 1,3 меньше. Желательно, чтобы указанный слой был относительно тонким, например, толщиной менее 1 мм или даже менее 0,5 мм. Для достижения особенно желательных характеристик толщина такой структуры сэндвич-А внутренней части может составлять около 0,25 длины волны характеристического сигнала, принимаемого или передаваемого от активируемого излучением устройства (т.е. от длины волны, связанной с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны; при этом специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники будет учитывать показатель преломления материала внутренней части на этой частоте для определения длины волны). Например, толщина слоя внутренней части с низкой диэлектрической проницаемостью такой структуры сэндвич-А на Фиг.4 может находиться в диапазоне от 3/16 до 5/16 или от 7/32 до 9/32 длины волны (т.е. в материале слоя внутренней части с низкой диэлектрической проницаемостью) характеристического сигнала, принимаемого или передаваемого от соответствующего активируемого излучением устройства. В некоторых вариантах реализации изобретения, толщина внутренней части такой структуры сэндвич-А составляет не менее 1 мм, например, в диапазоне от 1 мм до 100 мм.
[0046] Относительная диэлектрическая проницаемость промежуточного слоя 430 может быть больше или меньше относительной диэлектрической проницаемости слоя (например, 460) или слоев внутри внутренней структуры 450. Для этого случая также известно большое разнообразие материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, и специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники выберет соответствующие материалы для использования в качестве внутренней части с низкой диэлектрической проницаемостью внутренней части такой структуры сэндвич-А. Таким образом, возможные материалы для промежуточного слоя 430 включают материалы, имеющие сотовую структуру, ламинат с высокомодульной полипропиленовой тканью (ВМПП), ламинат с полиэтиленовой тканью (сверхвысокомолекулярный полиэтилен СВМПЭ), синтактическую пленку и смолу с материалом, снижающим диэлектрическую проницаемость.
[0047] В проиллюстрированном на Фиг.4 варианте реализации изобретения, первый слой внутренней части 420 образует открытую наружную поверхность 402 слоистой структуры. Однако, также возможно, что первый слой внутренней части будет находиться вблизи наружной поверхности 402 и, например, покрыт краской или каким-либо другим покрытием. Например, первый слой 420 может быть расположен не более чем на 0,75 мм от наружной поверхности 402 или, что более предпочтительно, не более чем на 0,25 мм от наружной поверхности 402, для того, чтобы обеспечить пространство для покрытия, которое покрывает первый слой внутренней части 420.
[0048] Фиг.5 изображает вариант реализации изобретения, подобный изображенному на Фиг.4. Однако второй слой внутренней части 540 на Фиг.5 отличается от первого слоя внутренней части 520. Например, относительная диэлектрическая проницаемость второго слоя внутренней части 540 может быть выше, чем относительная диэлектрическая проницаемость слоя внутренней части 520. В таком случае, относительная диэлектрическая проницаемость каждого из первого и второго слоев внутренней части 520, 540 составляет по меньшей мере 2,3 (например, по меньшей мере 2,5 или в диапазоне от 2,5 до 5) и, кроме того, больше, чем относительная диэлектрическая проницаемость любого слоя во внутренней структуре 550 (например, по меньшей мере на 0,4 или даже по меньшей мере на 0,7, по меньшей мере на 1 или по меньшей мере на 1,3).
[0049] Фиг.6 изображает другой вариант реализации настоящего изобретения, включающий внутреннюю часть с промежуточным слоем внутренней части 630, содержащим подслои 636, 638. В некоторых таких вариантах реализации изобретения, внутренняя часть обтекателя антенны радиолокационной станции может быть выполнена в виде так называемого С-сэндвича. Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что структура С-сэндвича обычно включает в себя ряд оболочек с высокой диэлектрической проницаемостью, чередующихся со слоями с низкой диэлектрической проницаемостью; в данной области техники известны самые разнообразные структуры для таких конструкций, и специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может приспособить их для использования в слоистых структурах, описанных в данном документе. Например, слоистая структура 600 содержит внутреннюю часть 610 и внутреннюю структуру 650. Внутренняя часть 610 содержит первый слой 620 внутренней части, второй слой 640 внутренней части и промежуточный слой 630 внутренней части. Кроме того, указанный промежуточный слой 630 внутренней части содержит несколько подслоев с различной относительной диэлектрической проницаемостью. Например, как проиллюстрировано, промежуточный слой внутренней части содержит два подслоя 636, имеющих сравнительно низкую относительную диэлектрическую проницаемость, окружающих подслой 638, имеющий сравнительно высокую относительную диэлектрическую проницаемость. В предпочтительном варианте реализации изобретения, подслои с высокой и низкой диэлектрической проницаемостью чередуются, например, с различиями в относительных диэлектрических проницаемостях, составляющими по меньшей мере 0,4 или по меньшей мере 0,7, по меньшей мере 1 или даже по меньшей мере 1,3 между соседними подслоями. Однако возможны и другие варианты расположения подслоев. Толщина С-сэндвича может варьироваться, например, в диапазоне от 1 мм до 200 мм.
[0050] В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг.6, первый и второй слои 620, 640 внутренней части имеют ту же относительную диэлектрическую проницаемость, что и сравнительно высокая относительная диэлектрическая проницаемость подслоя 638, и оба подслоя 636 со сравнительно низкой относительной диэлектрической проницаемостью имеют ту же относительную диэлектрическую проницаемость. Однако также возможно, что относительная диэлектрическая проницаемость любого или всех слоев и подслоев внутренней части будет различной. Как описано выше, известны различные материалы с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью для использования в обтекателях антенны радиолокационной станции, как описано выше, при этом специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники, выберет соответствующие материалы с низкой и высокой диэлектрической проницаемостью для использования в структурах сэндвич-С.
[0051] В то время как проиллюстрированный на Фиг.6 вариант реализации изобретения включает в себя внутреннюю структуру с единственным слоем, следует понимать, что внутренняя структура 650 может также включать в себя несколько слоев, как изображено на Фиг.3. Аналогично, хотя никакие покрытия не включены на Фиг.6, слоистая структура, включающая внутреннюю часть с различными подслоями, может включать покрытия, такие как те, которые показаны на Фиг.2.
[0052] Указанная слоистая структура, описанная выше и показанная в примерах на Фиг.1-6, может быть воплощена в виде листа или панели для последующего использования при построении обтекателя антенны радиолокационной станции. В качестве альтернативы слоистая структура может быть выполнена и встроена в обтекатель антенны радиолокационной станции, который оборудован для установки поверх радиолокационного устройства, или слоистая структура может быть встроена в обтекатель антенны радиолокационной станции, который уже установлен и закрывает радиолокационное устройство.
[0053] Указанная структура слоя, как это описано выше и показано в примерах на Фиг.1-6, может быть использована для создания обтекателя антенны радиолокационной станции для использования в различных областях применения. Обтекатель антенны радиолокационной станции, сконструированный в соответствии с настоящим описанием изобретения, может быть использован для защиты различных типов радиолокационных устройств, например, в том числе антенн с параболическим отражателем и проволочных антенн. Кроме того, обтекатели антенн радиолокационной станции, построенные в соответствии с настоящим описанием изобретения, полезны в различных разнообразных установках, таких как стационарные антенны, а также в морском, авиационном и военном применении. Облегченная конструкция слоистой структуры по настоящему раскрытию изобретения особенно выгодна в авиационных применениях, где вес имеет особое значение. Слоистая структура согласно данному раскрытию изобретения, исключительно хорошо подходит для обтекателей, выполненных на летательных аппаратах, и, в особенности, на конструкциях летательных аппаратов, отличных от фюзеляжа, таких как крылья и стабилизаторы. В соответствии с широким разнообразием применений, в которых может использоваться слоистая структура по настоящему раскрытию изобретения, обтекатели антенн радиолокационной станции, построенные в соответствии с этим раскрытием изобретения, могут иметь любую из множества различных форм. Например, обтекатель антенны радиолокационной станции может иметь форму геодезического купола, как показано на Фиг.7, или он может иметь другую форму, которая более подходит для конкретного применения, например, удлиненный купол, каплевидная оболочка, остроконечная арка, сплющенная оболочка, плоская или другая форма.
[0054] Еще одним аспектом настоящего раскрытия является способ передачи излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, который включает в себя снабжение конструкцией обтекателя антенны радиолокационной станции, как описано в настоящем документе, и приведение в действие радиолокационного устройства для передачи излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны с конструкцию обтекателя антенны радиолокационной станции для уменьшения потерь с целью обеспечения корректного функционирования антенны.
[0055] Аналогичным образом, другой аспект данного раскрытия представляет собой способ приема излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны, включающий снабжение конструкцией обтекателя антенны радиолокационной станции, как описано в настоящем документе, и прием излучения с частотой в диапазоне диаграммы направленности антенны сквозь конструкцию обтекателя радиолокационной станции посредством радиолокационного устройства для уменьшения потерь с целью обеспечения корректного функционирования антенны.
[0056] Специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники будет понятно, что относительная диэлектрическая проницаемость является функцией частоты, и поэтому относительные диэлектрические проницаемости, описанные в данном документе, соответствуют частотам в диапазоне диаграммы направленности антенны, на которых должен использоваться обтекатель антенны радиолокационной станции. В некоторых вариантах реализации изобретения, частота в диапазоне диаграммы направленности антенны, находится в диапазоне 1 ГГц - 32 ГГц. В других вариантах реализации изобретения, частота в диапазоне диаграммы направленности антенны, находится в диапазоне 1 ГГц - 94 ГГц, соответствующем излучению Q/V или W-диапазона.
[0057] В настоящем документе описана совокупность слоев с высокой диэлектрической проницаемостью (относительная диэлектрическая проницаемость 2,3 или более) и слоев с низкой диэлектрической проницаемостью (относительная диэлектрическая проницаемость меньше, чем у соседнего слоя с высокой диэлектрической проницаемостью, например, по меньшей мере на 0,4 или по меньшей мере на 0,7, по меньшей мере на 1 или по меньшей мере на 1,3). Специалист со средним уровнем компетентности в данной области техники может оценить, что в некоторых вариантах реализации изобретения, также описанных в данном документе, каждый слой с высокой диэлектрической проницаемостью имеет диэлектрическую проницаемость не менее 2,5, например, в диапазоне от 2,5 до 5 или в диапазоне от 3 до 5. И в некоторых вариантах реализации изобретения, также описанных в данном документе, каждый слой с низкой диэлектрической проницаемостью имеет диэлектрическую проницаемость не более 2,2, например, в диапазоне от 1 до 2, или в диапазоне от 1,5 до 2,2, или не более 2.
3
3
3
[0058] В одном примере слоистой структуры, описанной в настоящем документе, внутренняя часть слоистой структуры формируется как структура сэндвич-А с использованием слоистых оболочек, окружающих внутреннюю поверхность с низкой плотностью. Указанная оболочка состоит из ламината E-Glass, имеющего относительную диэлектрическую проницаемость 4,4 и плотность 1760 - 1920 кг/м (110-120 фунтов на кубический фут (PCF)). Внутренняя часть с низкой плотностью состоит из материала с сотовой структурой, имеющего относительную диэлектрическую проницаемость 1,08 и плотность около 4 кг/м (4 PCF). На внутренней поверхности внутренней части расположена внутренняя структура, состоящая из синтактической пленки, имеющей относительную диэлектрическую проницаемость 1,8 и плотность 580 кг/м (36 PCF).
[0059] Другой пример структуры слоя в соответствии с настоящим документом приведен в таблице ниже. Такой обтекатель антенны радиолокационной станции был бы пригоден для использования, например, в самолетах.
Материал
Толщина – дюймы (мм)
Относительная диэлектрическая проницаемость
Потери при передаче
Описание
Уретановая Краска
0,003 (0,076)
3,00
0,030
Цветная Краска Верхнего Слоя
Грунтовка
0,001 (0,025)
4,74
0,030
Шпаклевка для краски
Антистатическое Покрытие
0,001 (0,025)
6,00
0,060
Антистатическое Покрытие
Поверхностное покрытие
0,004 (0,102)
4,39
0,020
Заполнитель дефектов
Клейкая пленка
0,002 (0,051)
2,67
0,010
Тонкая пленка для уменьшения дефектов
Эпоксидная Смола /4581
0,022 (0,559)
3,37
0,010
Слой оболочки А-сэндвич
Пена Высокой Плотности
0,055 (1,397)
1,78
0,010
Промежуточный слой А-сэндвич
Эпоксидная Смола /7781 Glass
0,021 (0,533)
4,40
0,010
Слой оболочки А-сэндвич
Пена Высокой Плотности
0,110 (2,794)
1,78
0,010
Согласующий Слой с низкой диэлектрической проницаемостью
Пена Низкой Плотности
0,060 (1,524)
1,14
0,004
Согласующий Слой с очень низкой диэлектрической проницаемостью (ССОНДЭ)
Клейкая пленка
0,004 (0,102)
2,67
0,010
Пленка для защиты ССОНДЭ от влаги
[0060] Специалисту со средним уровнем компетентности в данной области техники будет очевидно, что описанные здесь процессы и устройства могут быть подвергнуты различным модификациям и вариациям, не выходя за рамки данного раскрытия. Таким образом, предполагается, что настоящее раскрытие охватывает различные модификации и вариации данного изобретения при условии, что они входят в сферу применения пунктов прилагаемой формулы изобретения и их эквивалентов.