2.8 Распространение радиоволн

2.8.1 Общие сведения

Радиоволны занимают наиболее длинноволновую часть спек­тра электромагнитных колебаний (в пределах длин волн от 1 мм до 100 км). Длина волны λ (расстояние, на которое распростра­нится электромагнитная волна за время одного периода) связана с периодом колебаний Т следующим соотношением: λ=сТ, где с=3·10⁸ м/с — скорость распространения электромагнитной энер­гии в свободном пространстве.

Радиоволны, используемые в радиолокации, находятся в диа­пазоне УКВ. Особенности распространения радиоволн в значи­тельной степени зависят от длины волны. Поэтому, в свою оче­редь, диапазон УКВ разбит на четыре поддиапазона:

метровые волны (λ=10…1 м);

дециметровые волны (λ=1 м…10 см);

сантиметровые волны (λ =10…1 см);

миллиметровые волны (λ =10…1 мм).

По характеру распространения радиоволны делятся на поверхностные, распространяющиеся вблизи земли, и простран­ственные, направление распространения которых идет вверх с возможным последующим отражением от ионосферы и неодно­родностей тропосферы. На распространение радиоволн оказывают влияние земля, тропосфера и ионосфера. Земля поглощает часть энергии поверхностной волны, а её сложный рельеф рассеивает их.

Состояние атмосферы и происходящие в ней процессы приводят к искривлению траектории радиоволн (рефракции), рассеиванию радиоволны неоднородностями и гидрометеорами (дождь, туман, снег, град), поглощением части её энергии в газах атмосферы.

2.8.2 Особенности распространения ультракоротких волн (укв)

В обычных условиях волны УКВ диапазона, за исключением небольшой длинноволновой его части, от ионосферы не отражаются. Вследствие слабой дифракции с некоторым приближением можно считать, что УКВ распространяются вблизи земной поверхности прямолинейно. Однако за счет рефракции происходит искривление траектории волны (рис. 2.60, а).

Максимальная дальность прямой видимости R_макс (км) определяется по формуле:

где – высота подъёма антенны РЛС, м;

– высота полёта цели, м.

Искривление пути распространения радиоволн при рефракции приводит к тому, что радиолуч попадает на цель, находящуюся не в направлении излучения. Ошибка в определении угла места цели приводит к ошибке измерения высоты. Поэтому радиолокационные высотомеры градуируют с учетом рефракции.

Практика показывает, что степень искривления траектории радиоволны может оказаться более сильной, чем при нормальной атмосферной рефракции. Такой случай называется сверхрефракцией.

С верхрефракция наблюдается в тех случаях, когда с высотой температура убывает значительно медленнее, а влажность значительно быстрее, чем при нормальной рефракции. В условиях сверхрефракции (рис. 2.60, б) распространение радиоволн происходит вдоль земли, как между двумя проводящими сферическими плоскостями, т. е. как по волноводу. Поэтому область такого распространения часто называют атмосферным волноводом.

Сверхрефракция является одной из причин дальнего и сверхдаль­него распространения радиоволн за пределами горизонта.

В радиолокации сверхрефракция приводит к значительному увеличению дальности обнаружения целей, находящихся в пре­делах атмосферного волновода. Дальнее распространение УКВ, обособленное сверхрефракцией, является нерегулярным. Более регулярным явлением, способствующим распространению УКВ за пределами горизонта, оказалось рассеяние радиоволн на неод­нородностях тропосферы.

Приведенные ранее диаграммы направленности антенн имеют место только в свободном пространстве без учета земли. В действительности антенны располагаются сравнительно близко к земле и поэтому часть энергии, излучаемой антенной, попадает на земную поверхность. При этом энергия частично отражается, а частично поглощается землей.

В результате в любую точку пространства приходят две волны: прямая волна и отраженная от земли (вторичное излуче­ние) (рис. 2.61). В тех точках пространства, в которые прямая и отраженная волны приходят в фазе, происходит увеличение на­пряженности поля, и наоборот, в тех точках, в которые волны приходят в противофазе, происходит ослабление поля. Это при­водит к тому, что ДН антенны в вертикальной плоскости приоб­ретает многолепестковый характер (рис. 2.61).

В диапазоне сантиметровых волн земля практически не ока­зывает влияния на формирование ДН РЛС.

За последние годы нашел применение новый вид связи на метровых волнах, основанный на использовании дальнего ионо­сферного распространения радиоволн. Осуществление дальних связей при этом базируется на рассеянии радиоволн неоднород­ностями ионосферы и метеорными следами.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Деление радиоволн в зависимости от длины волны.

2. В чем состоит сущность явлений дифракции, рефракции

и интерференции?

3. Как влияет ионосфера на распространение радиоволн?

4. В чем выражается влияние Земли на распространение ра­диоволн?

5. Каково значение в радиолокации явления вторичного из­лучения?