Отражатель радиоволн своими руками
Добавил пользователь Евгений Кузнецов Обновлено: 18.09.2024
Yurenkova L. R. PhD Candidate in Engineering, associate professor, Bauman Moscow State Technical University, Moscow
Yakovuk O. A. PhD Candidate in Engineering, associate professor, Bauman Moscow State Technical University, Moscow
Уголковые отражатели с тремя взаимно перпендикулярными гранями также меняют направление падающего луча на противоположное, отражаясь последовательно от трех граней-зеркал. В отличие от уголкового отражателя с двумя отражающими гранями отраженный луч трехгранного отражателя не лежит в плоскости, перпендикулярной одному ребру отражателя.
Луч, попадая на систему трех взаимно перпендикулярных зеркал, отражается от последнего зеркала в параллельном направлении и строго в обратном противоположном направлении (рис. 3) [5].
На рис. 3 (а) (схематично) и (б) показано, как луч, падающий на два вертикальных зеркала, окончательно отражается от горизонтального зеркала. Графический расчет уголкового отражателя с использованием ортогонального проецирования подробно иллюстрирует его принцип действия (рис. 4).
Двухгранные уголковые отражатели используются в радиолокации, например бакенах, буйках, на опорах мостов, судах и спасательных шлюпках для подачи сигнала радиолокаторам судов. Отражатели радиоволн имеют такую же конструкцию, как оптические, но сделаны из металла, являющегося зеркалом для радиоволн. Радиолокационные волны попадают на восемь уголковых отражателей (так называемый восьмиуголковый отражатель), размещенных в форме октаэдра (рис. 5). Если уголковые отражатели прикрепить к метеорологическим шарам-зондам, то возможно определить направление и скорость ветра на большой высоте.
Юренкова Л. Р., Яковук О. А., Морозов И. В., Области применения уголкового отражателя. Главный механик №4 2021. 2021;4.
Коллеги. Особо кто имеет радары. Я как-то вроде учился и СВЧ курс у нас был. Физику тоже учил. Вот, правда, чисто радарную технику не изучал и радара близко не видел. Не могу взять в толк: зачем нужен дополнительный отражатель на лодке, где стоит алюминиевая мачта и ванты тоже, однако, металлические. Также обычно и леера присутствуют. Все это имеет эффективную отражающую поверхность на порядки. больше, чем у любого из продающихся отражателей. Я понимаю, на деревянной лодке с деревянной мачтой - да, может быть и эффективное средство. Но вешают их почти все. В чем фокус?
Позволю себе процитировать замечание Тимошкова из статьи Алексеева в журнале КиЯ №4 (220) 2009 г. по поводу гибели яхты Боян.
Это мнение довольно часто поддерживают яхтсмены, дополнительно мотивируя тем, что отражатель имеет высокое аэродинамическое сопротивление и изнашивает такелаж. Однако стоит отметить, что радиолокационная отметка от металлической мачты, будучи заметной в тихую погоду, при волнении высотой свыше 2 м становится абсолютно неразличимой на фоне засветки от волн. В случае включения на радаре фильтрации (огрубления) отраженного сигнала с целью убирания засветки отметка от мачты и вовсе исчезает. Для гарантированной радиолокационной заметности на экранах проходящих судов яхта должна нести отражатель с ЭПР (эффективной поверхностью рассеяния, служащей в радиолокации оценкой реальной радиоотражающей величины того или иного предмета) не менее 10 м2 на высоте, не меньшей двух высот волны от КВЛ.
Речь шла как раз о том, что мол зачем отражатель, когда есть мачта.
Вспомните об отражающих наклейках и катафотах.
Там как раз уголковые отражатели.
Насколько разница в темноте, при падении слабого света, между просто даже белой поверхностью и маленьким кусочком площади катафота или наклейки.
Вот так и с радиолокационным отражателем.
Это катафот только в радиодиапазоне.
Дык и вопрос: каким образом фитюлька размерами с гулькин хрен (причем с того же люминя) будет отражать больше мачты и рангоута вместе. Или не будет и это разводка (к чему и склоняюсь). Я занимался антеннами (для дома, конечно, но достаточно). Уравнения Максвелла внутрь пластиковой трубочки со скрученной сеткой внутри никак не влазят.
Вспомните об отражающих наклейках и катафотах.
Там как раз уголковые отражатели.
Насколько разница в темноте, при падении слабого света, между просто даже белой поверхностью и маленьким кусочком площади катафота или наклейки.
Вот так и с радиолокационным отражателем.
Это катафот только в радиодиапазоне.
Ага, только наклейка отражает строго в определенном угле, в том и фокус! Посветите на нее чуть сбоку - фсе! черная. Да сами посмотрите, как светятся дорожные знаки ночью в лучах фар - только издалека, пока угол близок к нормали. А нам надо круговую диаграмму иметь, которую, как раз и дает, собственно, мачта: эффективно отражает в горизонтальной плоскости, причем именно направленно в горизонтальной. А элементы рангоута как раз создают похожую систему, т.е. многократно увеличивают эффективную отражающую поверхность из-за переотражений.
Рулевой 1-го класса
Рангоут рассеивает много.
А уголковый отражатель, тем и хорош, что отражает в ту же сторону.
Ну вы даете, услиение отраженного сигнала в пассивной системе возможно ТОЛьКО за счет сужения диаграммы направленности: т.е. если вы будете ориентировать свой узконаправленный отражатель строго в направлении на падающий сигнал.
Мачта за счет большого удлиннения как раз и сужает диаграмму направленности и именно отсекает вертикальную составляющую, при этом относительно равномерно отражая во всех направлениях горизонтальной плоскости. Что Вы имеете в виду под рассеиванием рангоута?
Рулевой 1-го класса
Нарисуйте картинку отраженных лучей в том и другом варианте, просто на бумаге.
Рулевой 2-го класса
Мачта за счет большого удлиннения как раз и сужает диаграмму направленности и именно отсекает вертикальную составляющую, при этом относительно равномерно отражая во всех направлениях горизонтальной плоскости. Что Вы имеете в виду под рассеиванием рангоута?
В том то и дело что мачта отражает равномерно во все направлениях, а отражатель преимущественно в том, откуда пришел радиосигнал, т.е. на радар.
. внутрь пластиковой трубочки со скрученной сеткой внутри никак не влазят.
Там не сетка, а именно уголки под 90 гр., разделенные кружочками! Образуют кучу уголковых отражателей, произвольно развернутых между кружками- "шайбами". Если сетка - халтура.
Журнал Yachting Monthly, тест 10 радарных отражателей:
Неплохо заплатили. Максвел улыбается в бороду.
В том то и дело что мачта отражает равномерно во все направлениях, а отражатель преимущественно в том, откуда пришел радиосигнал, т.е. на радар.
См. пост выше. Ничто не может отразить больше энергии, чем пришло (в пассивной системе). Т.е. интегралы по площади в диаграмме направленности для отражателей одинаковых линейных размеров будут равны.
Но идея понятна. Тут надо реально считать и, сдается мне, что все же это близко к разводке. Площадь мачты и рангоута на многие порядки превышает площади отражателей.
Еще эффективнее сделать узконаправленную систему и вращать ее. Отметка будет мерцать, но будет яркой.
Ну что вы так заморачиваетесь?! Вам что, жалко его повесить? Лишним не будет
Еще эффективнее сделать узконаправленную систему и вращать ее. Отметка будет мерцать, но будет яркой.
Так она и есть узконаправленная! И направлена всегда в ту сторону, откуда поступил сигнал, чистая геометрия:
Единственное что отражатель должен быть ощутимо больше длины волны чтобы геометрическое приближение работало.
И еще раз: Отраженныя мощность пропорциональна ПЛОЩАДИ отражающего элемента. Хотелось бы услышать тут людей, у которых установлены радары: как они видят отметки от лодок с отражателями и без.
Если бы отражатели имели размеры, сопоставимые с размерами мачты - нет вопросов. Но они, мягко говоря, существенно меньше.
Так она и есть узконаправленная! И направлена всегда в ту сторону, откуда поступил сигнал, чистая геометрия:
Единственное что отражатель должен быть ощутимо больше длины волны чтобы геометрическое приближение работало.
Ключевое слово "ощутимо" т.е. на попрядок минимум. Размеры отражателей для яхт сами видели.
Т.е. Если бы они были диаметром 30-40см и длиной метр, я тему никогда бы не открывал.
Ну что вы так заморачиваетесь?! Вам что, жалко его повесить? Лишним не будет
Если оно не работает, зачем на лодке лишняя фигня, которая может на голову свалиться?
Т.е. все просто: без отаржателя меня видят с 10-ти миль. С отражателем - с 30. К примеру. Тогда смысл? 10 миль вполне достаточно.
Без отражателя меня видят с 0,5 мили (что, конечно, не так) а с отражателем - с 5-ти. Смысл есть. Но ведь с 5-ти, уверен, меня видят и так.
И еще раз: Отраженныя мощность пропорциональна ПЛОЩАДИ отражающего элемента.
Ну так правильно, мачта у вам по сечению круглая, какая часть её площади отражает строго в направлении радара?
А еще она не вертикально стоит, по этому плоскостей перпендикулярных направлению прихода волны вообще нет.
Получается на радар возвращается только рассеянное излучение а металл все таки неплохо отражает по законам геометрической оптики по этому именно в направлении радара с гулькин нос возвращается. А у отражателя несколько дм2 да есть, и преимущественно в нужном направлении, уже что-то.
Ага, только наклейка отражает строго в определенном угле, в том и фокус! Посветите на нее чуть сбоку - фсе! черная. Да сами посмотрите, как светятся дорожные знаки ночью в лучах фар - только издалека, пока угол близок к нормали. А нам надо круговую диаграмму иметь, которую, как раз и дает, собственно, мачта: эффективно отражает в горизонтальной плоскости, причем именно направленно в горизонтальной. А элементы рангоута как раз создают похожую систему, т.е. многократно увеличивают эффективную отражающую поверхность из-за переотражений.
катафот - это не тоже самое что наклейка, он как раз в широком секторе отражает (90 гр, как ни странно))) ). а на наклейках - там да, фигня. хотя полосы на спец одежде - тоже хорошо светятся, со всех сторон.
у мачты и рангоута - обратно отражает узкая полоска, фактически линия. там площадь вовсе не велика.
Ключевое слово "ощутимо" т.е. на попрядок минимум. Размеры отражателей для яхт сами видели.
Т.е. Если бы они были диаметром 30-40см и длиной метр, я тему никогда бы не открывал.
Если оно не работает, зачем на лодке лишняя фигня, которая может на голову свалиться?
Т.е. все просто: без отаржателя меня видят с 10-ти миль. С отражателем - с 30. К примеру. Тогда смысл? 10 миль вполне достаточно.
Без отражателя меня видят с 0,5 мили (что, конечно, не так) а с отражателем - с 5-ти. Смысл есть. Но ведь с 5-ти, уверен, меня видят и так.
старые отражатели и были размером 30х30. 40х40, один большой уголок. а вот то. что сейчас в трубочку пихают - вот то вызывает вопрос, да.
интересно, а какова метрвая зона у радара? он же высоко на рубке сухогруза, там не с милю ли мертва зона?
Антенна с уголковым рефлектором была изобретена американским инженером-радиолюбителем Джоном Краусом (John Kraus W8JK) в 1938 году и запатентована в 1940-ом. Это не единственное его изобретение в области антенн, достаточно упомянуть еще одно его детище - спиральную антенну, чтобы оценить его талант как изобретателя. Антенна имеет очень простую конструкцию: рефлектор, согнутый в виде угольника и вибратор, размещенный по биссектрисе этого угла. Несмотря на простоту, антенна обладает довольно неплохими характеристиками и может быть рекомендована в качестве "балконной" Wi-Fi антенны.
Онлайн калькулятор этой антенны основан на ее компьютерной модели в MMANA, которую можно скачать по этой ссылке. Расчетный коэффициент усиления антенны около 8.7 dBi, входное сопротивление - 50 Ом. Угол раскрыва рефлектора 90°.
Схематическое изображение антенны:
В антенне применяется симметрирующее устройство, носящее название "разрезной симметрирующий трансформатор". Это устройство описано в 1-ом томе К.Ротхаммеля на стр.128 и было предложено для данной антенны Драгославом Добрыжичем (YU1AW), изобретателем антенны Amos. Устройство представляет собой трубку, разрезанную вдоль на длину в четверть длины волны двумя щелями шириной 1-2 мм. Проходящий внутри центральный проводник припаивается к одной из половинок и продолжается дальше как одно из плеч вибратора. Второе плечо припаивается ко второй половинке симметрирующей трубки (см. схематическое изображение выше). Для простоты диаметр центрального проводника выбран равным диаметру вибратора. На другом конце трубки при вершине рефлектора монтируется ВЧ разъем. Размеры трубки рассчитаны при условии заполнения ее универсальным силиконовым герметиком с ε ≈ 3. На ДМВ подобные согласующие устройства получаются довольно монструозные, поэтому на частотах менее 1ГГц более оптимальным будет вариант крепления вибратора на диэлектрической стойке и согласование петлей или четвертьволновым шлейфом.
Антенна имеет достаточную широкополосность, позволяющую ее использование во всем диапазоне Wi-Fi:
В диапазоне 3G-UMTS на краях диапазона КСВ достаточно высок, но еще не слишком критичен:Конструктивно антенна может быть выполнена в зависимости от ваших возможностей и предпочтений. Рефлектор на СВЧ может быть сплошной из меди или оцинковки:На ДМВ рефлектор можно сделать из сетки или набора трубок. Расстояние между трубками не менее 0,1λ:
Подробнее теория и другие варианты конструкции антенны с уголковым рефлектором описаны во 2-ом томе К.Ротхаммеля на стр.136-138. В заключении следует отметить, что YU1AW удалил описание конструктива этой антенны со своего сайта. Это сделано по причине того, что антенна 3D-corner (объемный угловой рефлектор) более эффективна и проста в изготовлении при меньшем расходе материалов.
Очень долго мы искали хорошую статью, которая понятно, доступно, но со строгих научных позиций объяснила бы принцип действия световозвращателей. Это оказалось нелегкой задачей. Все сегодняшние описания содержат ряд неточностей. Нашли мы такую статью только в подшивке научно-популярного физико-математического журнала "Квант" за 1978 год.
В основе эффекта световозрващения лежит принцип уголкового отражателя. Собственно уголковым отражателям посвящена эта статья. Интересны и другие, приведенные в статье варианты использования этого эффекта.
Уголковые отражатели
научно-популярный физико-математический журнала "Квант" 1978 год №12 стр.7-9,46
Уголковые отражатели - это устройства, которые применяются для отражения радиолокационных или оптических лучей в направлении, противоположном первоначальному. Еще в недавнем прошлом оптические уголковые отражатели использовались только как скромное дорожное предупредительное устройство - на велосипедах, автомобилях, поездах, на дорожных указателях. Назывались они катафотами. В настоящее время уголковые отражатели находят очень широкое применение: они используются и в навигационной радиолокации, и в метеорологии, и в космических исследованиях.
Как же "работает" уголковый отражатель?
Устройство его очень просто. На рисунке 1 приведены различные типы уголковых отражателей. Это может быть треугольная призма, две боковые грани которой взаимно перпендикулярны (рис. 1а) и с внутренних сторон своих поверхностей (OAA'O и OBB'O') с внутренних сторон покрыты тонким слоем материала хорошо отражающего свет. Уголковый отражатель может представлять собой четырехгранную пирамиду (рис.1б),
 |  |  |
| а) | б) | в) |
три взаимно перпендикулярные грани которой (AOB, BOC, AOC) также имеют внутренние отражающие поверхности. Радиолокационные уголковые отражатели - это три заимно перпендикулярные полоские пластины (рис. 1в), изготовленные из материала, хорошо отражающего радиоволны.
Как видно, уголковый отражатель можно схематично представить, как систему взаимно перпендикулярных плоских зеркал.Чтобы лучше понять принцип действия отражателя, рассмотрим, как изменяет ход световых лучей система из двух таких зеркал (З1 и З2 на рис.2)
Рисунок 2
Луч S, попадающий на зеркало З1 под углом φ1, отражается от него в точке A, попадает от него на зеркало З2 под углом φ2 и отражается от него в точке B, 2 φ1+2 φ2 = 180°, т.е. луч отраженный параллелен лучу падающему и направлен в противоположную сторону.
Очевидно, что если луч, падающий и луч отраженный параллельны друг другу по одну сторону от преломляющей грани BAA’B’ – внутри угла, то они параллельны и по другую ее строну.
Теперь рассмотрим три взаимно перпендикулярных плоских зеркала З1, З2, З3 на рисунке 5
Пусть S – луч, падающий на систему этих зеркал; s – единичный вектор в направлении луча S. Представим, как сумму трех составляющих параллельных осям X, Y и Z соответственно. После первого отражения – отражения от зеркала - луч идет по направлению, определяемому единичным вектором . Составляющие вектора – это (составляющая вектора перпендикулярная к плоскости зеркала З1, меняет знак на противоположный, а составляющие и параллельные этой плоскости, остаются неизменными). Проследив последовательные отражения луча от зеркал З2 и З3, мы убедимся, что после третьего отражения (от З3) луч идет по направлению, задаваемому единичным вектором , составляющие которого равны соответственно . Значит, любой луч, попадающий на систему трех, взаимно перпендикулярных зеркал, отражается этой системой в направлении, противоположном первоначальному.
В повседневной практике уголковые отражатели типа изображенного на рисунке 1, в, используются в навигационной радиолокации. Например, бакены и буйки, снабженные такими отражателями, становятся более заметными для радиолокаторов. С помощью отражателей, прикрепленных к метеорологическим шарам-зондам, радиолокационным методом определяются скорость и направление ветра на большой высоте.
Уникальны по своему применению оптические уголковые отражатели в космических исследованиях. Помещенный на искусственный спутник земли или на космический корабль отражатель позволяет с очень большой точностью определять расстояние до этих объектов. При этом в качестве луча локатора используется луч лазера.
В 1968 году уголковый отражатель был доставлен экипажем американского космического корабля Аполлон – II на Луну. Через год на Луне появился второй уголковый отражатель – установленные на советском автоматическом самоходном аппарате Луноход -1. Изготовлен он был в порядке международного сотрудничества французскими специалистами. Этот отражатель состоит из 14 четырехгранных пирамид, сделанных из плавленого кварца. Отражающие гоани каждой призмы покрыты тонким слоем серебра, который предохраняется слоем напыленного кварца; поверхность призм отшлифована с точностью до 0,07 мкм (т.е. размеры шероховатостей не превышают 0,07 мкм).
Использование уголковых отражателей, доставленных на Луну, позволило с помощью лазерного луча-локатора измерить расстояние Земля – Луна с очень большой точностью. – до 0,1 метра.
Приведенные нами примеры далеко не исчерпывают многообразия применений простого и надежного устройства – уголкового отражателя.
Читайте также: