МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

УДК 681.3
МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
РАДИОПОГЛОЩАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ В РАДИОЛОКАЦИОННОМ
ДИАПАЗОНЕ ДЛИН ВОЛН В ИНТЕРЕСАХ ЗАЩИТЫ
ИНФОРМАЦИИ НА ОБЪЕКТАХ ИНФОРМАТИЗАЦИИ
А.В. Любченков
В статье рассматриваются методики измерения частотных и угловых зависимостей отражательных характеристик
радиопоглощающих материалов в лабораторных условиях и в условиях безэховой камеры в интересах защиты информации (ЗИ) на объектах информатизации.
Ключевые слова: методики измерения, радиопоглощающие материалы, отражательные характеристики
Эффективность поглощения электромагнитного излучения определяется отражательными характеристиками
радиопоглощающих
материалов
(РПМ). Эти характеристики показывают, какая доля
падающего на образец РПМ электромагнитного излучения отражается в обратном направлении или
рассеивается в сторону (в заданном направлении).
Основными отражательными характеристиками материала являются зависимость коэффициента отражения (рассеяния) от длины волны электромагнитного излучения, или частотная зависимость коэффициента отражения (рассеяния), и угловая зависимость коэффициента отражения РПМ.
Исследование частотных зависимостей
отражательных характеристик образцов РПМ
по рупорной методике
Методика измерения коэффициента отражения
основана на эффекте наложения падающей и отраженной волн, и образовании в результате интерференции стоячей волны [1].
Измерение коэффициента отражения радиопоглощающих материалов осуществляется при нормальном падении электромагнитной волны на плоскость образца в сверхвысокочастотном (СВЧ) и
крайневысокочастотном (КВЧ) диапазонах длин
волн (рис. 1).
При измерениях коэффициента отражения по
мощности в заданном диапазоне частот пластинакороткозамыкатель 6 после предварительной калибровки заменяется прямоугольным образцом РПМ.
Установившаяся на экране электронно-лучевой
трубки линия сигнала соответствует зависимости
коэффициента отражения образца РПМ от частоты
падающего электромагнитного излучения. Для каждого значения частоты СВЧ сигнала могут регистрироваться два значения коэффициента отражения:
первое – собственный коэффициент отражения образца РПМ, и второе - коэффициент отражения того
же образца РПМ с размещенной за ним металлической пластиной.
Измерения по приведенной методике позволяют получить амплитудную зависимость модуля коэффициента отражения по мощности радиопоглоЛюбченков Александр Викторович – ВИПС (филиал) Академии ФСО России, соискатель, тел. 8-919-187-4198
щающего материала в СВЧ и КВЧ диапазоне. Ширина этого диапазона ограничена конструктивными
возможностями создания волноводных линий, так
как для обеспечения эффективного (незатухающего)
распространения электромагнитного излучения по
измерительной линии геометрические размеры сечения волновода соответствуют длине волны. Поэтому измеряемые по данной методике зависимости
коэффициента отражения обычно ограничены диапазоном частот: от 5,6 ГГц до 38 ГГц.
2
6
1
5
3
4
Рис. 1. Схема измерения коэффициента отражения
РПМ по рупорной методике:
1 - генератор качающейся частоты; 2 - индикатор КСВ и
ослабления; 3 – направленный ответвитель падающей
волны; 4 - направленный ответвитель отражённой волны;
5 - рупорная антенна; 6 - исследуемый образец с отражательной пластиной.
Исследование
угловых
зависимостей
отражательных характеристик образцов РПМ
по методике с распределённым отражателем
Сущность данной методики измерения заключается в том, что исследуемый образец радиопоглощающего материала и отражательная пластина располагаются на определенном расстоянии от излучающей и приемной антенн (распределенный отражатель) (рис.2). В отличие от описанного выше способа измерения отражательных характеристик, в
данной методике имеется дополнительная возможность изменения пространственного положения исследуемого образца РПМ относительно передающей
и приемной антенн, а также относительно вектора
поляризации электромагнитного излучения.
При измерениях по данной методике расстояние между антеннами и образцом РПМ стремятся
выбирать минимальным, чтобы не нарушать ограничений, накладываемых допустимыми вариациями
распределения поля в области образца. Сокращение
расстояния также обусловлено параметрами чувствительности системы и стремлением к снижению
уровня фоновых помех. Выбор минимального расстояния осуществляется аналитически, исходя из
допустимой величины фазовой и амплитудной погрешностей и с учетом критерия определения дальней зоны, принятого в радиолокации [2, 3]:
2 L
R ≥
2
(1)
λ
где: R - расстояние между рупорной антенной и испытуемым образцом, см;
L - апертура рупорной антенны, см;
λ - длина волны, см.
При выполнении указанного условия погрешность измерения сводилась к величине, не превышающей 2%.
Размеры пластин также должны соответствовать условию, выраженному формулой [4]
2 R λ
L
h ≥
(2)
го излучения или поляризационно – угловые зависимости коэффициента обратного рассеяния образцов радиопоглощающего материала.
Исследование
угловых
зависимостей
отражательных характеристик образцов РПМ
методом бистатической локации
Исследование угловых зависимостей отражательных характеристик образцов РПМ методом бистатической локации проводятся на бистатическом
измерительном стенде (БИС), схема которого представлена на рис 3.
5
6
4
3
7
2
1
8
β
ψ
10
6,3 м
9
11
2
12
3
1
10
6
7
13
5
9
14
12
11
3
4
8
Рис. 2. Схема измерения коэффициента обратного
рассеяния РПМ по методике с распределенным отражателем:
1-генератор качающейся частоты; 2-индикатор КСВ и
ослабления; 3- направленный ответвитель падающей волны; 4- детектор направленного ответвителя падающей
волны; 5- измерительная линия; 6-детектор измерительной линии; 7- короткозамыкатель; 8-рупорная антенна
падающей волны; 9- рупорная антенна отраженной волны;
10- кабели и волноводы; 11 - исследуемый образец; 12 уголковый отражатель; 13 - радиопрозрачная опора с отсчётной шкалой поляризационных углов; 14 - радиопоглощающее покрытие безэховой зоны.
За диаграмму обратного рассеяния (ДОР) принимается зависимость напряженности рассеянного
поля от положения рассеивателя при расположении
передающей и приемной антенн в непосредственной
близости одна от другой (квазиоднопозиционный
случай).
Таким образом, с использованием данной методики могут быть получены угловые зависимости
коэффициента обратного рассеяния образцов относительно плоскости поляризации электромагнитно-
Рис. 3. Схема бистатического измерительного стенда:
1 – рабочая зона; 2 – радиопоглощающее покрытие безэховой зоны; 3 – плоский образец; 4 – поворотное устройство; 5 – подъёмное устройство; 6 – направляющая; 7 –
приёмная антенна; 8, 11 – технологические тележки с установленной на них приёмной и передающей (соответственно) аппаратурой; 9 – пункт регистрации и обработки
информации; 10 – передающая антенна; 12 – щит системы электропитания.
В основу методики измерений на БИС положено прямое измерение коэффициента отражения в
квазисвободном пространстве за счёт образования
бистатического угла между приёмной и передающей
антеннами [5].
В ходе измерений угол падения электромагнитной волны - β отсчитывается от нормали к поверхности образца, при этом угол разноса между
передающей и приёмной антенной составляет ψ=2β.
Положение передающей антенны в ходе эксперимента не изменяется, а приёмная антенна на технологической тележке последовательно перемещается
из одной рабочей позиции на направляющей в другую. Кроме того, с помощью поворотного устройства исследуемому образцу придается равномерное
вращение в горизонтальной плоскости и при каждом
взаимном перемещении передающей и приёмной
антенн фиксируется двухпозиционная диаграмма
рассеяния металлической пластины и пластины с
образцом РПМ.
В результате искомую величину коэффициента
отражения Ко[дБ] определяется соотношением:
К
0
= 10
lg
A2
A1
1
2
(3)
где А1 – амплитуда диаграммы рассеяния образца со
стороны металлической подложки;
А2 - амплитуда диаграммы рассеяния образца со
стороны РПМ,
Выражение (3) применяется, когда значения А1
и А2 определены в единицах напряжённости поля
[В/м].
В случае, если значения А1 и А2 определены в
единицах затухания [дБ], то для расчета коэффициента отражения используется выражение:
К 0 = А 2 − А1
(4)
Исследование
угловых
зависимостей
отражательных характеристик образцов РПМ
в условиях безэховой камеры
Для определения отражательных характеристик РПМ в условиях безэховой камеры проводятся
экспериментальные исследования коэффициента
обратного рассеяния исследуемых образцов в дальней зоне. Сущность данной методики состоит в измерении диаграммы обратного рассеяния (ДОР),
при котором мгновенное значение эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) исследуемых образцов
определяется относительно ЭПР эталонных отражателей, действительные значения ЭПР которых рассчитываются достаточно точно. Структурная схема
измерений в условиях безэховой камеры представлена на рис. 4.
Сигнал, поступающий с передатчика на передающую антенну, излучается в пространство БЭК,
где, отражаясь, попадает в приемную антенну и затем в приемник. В приемнике он преобразуется в
сигнал, пропорциональный принятой мощности,
фиксируется графопостроителем, в которых он преобразуется в графический и цифровой вид, и выводится на ЭВМ. При обработке информации определяют отношение сигналов, рассеянных пластиной с
РПМ и открытым металлом при равных азимутальных углах, которое и представляет величину эффективного коэффициента обратного рассеяния исследуемого образца.
4
3
5
7
6
8
9
10
Рис. 4. Структурная схема диаграммы обратного
рассеяния в условиях безэховой камеры:
1 - генератор сигналов;2 - передающая антенна; 3 - аттенюатор; 4 - образец РПМ; 5 - волноводный СВЧ переключатель; 6 – графопостроитель; 7 - приемная антенна; 8 анализатор спектра; 9 – аттенюатор; 10 – ЭВМ.
Представленные методики измерения отражательных характеристик РПМ в лабораторных условиях и в условиях безэховой камеры позволяют дать
лишь предварительную оценку качества поглощения электромагнитного излучения исследуемыми
материалами. Для получения окончательного заключения об отражательных характеристиках радиопоглощающих материалов необходимо проводить полигонные испытания, приближенные к реальным условиям применения РПМ. Но, вместе с
тем необходимо отметить, что измеренные по представленным методикам частотные и угловые зависимости отражательных характеристик радиопоглощающих материалов позволяют также, не прибегая к материальным затратам на испытания, предварительно оценить эффективность применения этих
материалов на различных объектах и для различных
условий эксплуатации.
Литература
1. Милованов О.С., Собенин Н.П. Техника сверхвысоких частот. М.: Атомиздат, 1980. 464 с.
2. Бартон Д. Радиолокационные системы. - М.:
Воениздат, 1967. – 480 с.
3. Справочник по радиолокации. Т.4/Под ред.
Я.С.Ицхоки. - М.: Советское радио, 1976.
4. Steinberg, Bernard D. Modern Radar: Analysis,
Evalution and System Design. Pt. 6, Chaps. 1-4. – New York:
John Wiley & Sons, 1966. – 45 p.
5. Методы и средства измерений электромагнитных
характеристик радиоматериалов на ВЧ и СВЧ: Тез. докл.
на IV науч.-техн. конференции. Новосибирск, 1979.
Воронежский институт правительственной связи
(филиал) Академии Федеральной службы охраны Российской Федерации
TECHNIQUES OF MEASUREMENT OF REFLECTIVE CHARACTERISTICS OF RADIO
ABSORBING MATERIALS IN THE RADAR-TRACKING RANGE OF LENGTHS OF WAVES IN INTERESTS OF PROTECTION OF THE INFORMATION ON OBJECTS OF INFORMATION
A.V. Lubchenkov
In article techniques of measurement of frequency and angular dependences of reflective characteristics of radio absorbing materials in laboratory conditions and in conditions without an echoroom in interests of protection of the information (PI) on objects of
information are considered
Key words: measurement techniques, radio absorbing materials, reflective characteristics