Литература / М.И.Финкельштейн Основы радиолокации

этот процесс, мы придем к последнему элементарному участ­

рующее поле первой зоны. При бесконечно малой величине участков разбиения элементарные векторы образуют полу­ окружность.

Если теперь разбить вторую зону Френеля на элемен­ тарные участки и изобразить соответствующие векторы,

Рис. 3.6. Зоны Фре­ неля шара

Рис. 3.7. Результиру­ ющее поле отдельных зон Френеля

то получим вторую полуокружность, диаметр которой мень­ ше Ei из-за большего наклона второй зоны. Результирую­ щее действие зон показано на рис. 3.7, б. Продолжая сум­ мирование, получаем диаграмму вида рис. 3.7, в, из кото­ рой видно, что результирующее действие всех зон Френе­ ля характеризуется вектором Ер, который имеет ту же фа­ зу, что и вектор поля, создаваемого первой зоной, но в два раза меньшую амплитуду, т. е. Ер О.бЕр Таким обра­ зом, действие всего шара эквивалентно половине действия первой зоны Френеля.

Радиус шарового сегмента ги охватывающего первую

140

всю поверхность шара, кроме этого сегмента, то поле в даль­ ней зоне будет в два раза больше поля в отсутствие экрана, а ЭОП в четыре раза боль­ ше (т. е. 1256 м2). _________________

Пример показывает, что ЭОП выпуклых поверхно­ стей мало связана с их действительной поверхно­ стью. Все определяется не­ которой областью на по­ верхности цели, именуемой

блестящей или светящей­ ся точкой. Положение бле­ стящих точек определяет­

нения ЭОП при произвольном отношении r/Х. На примере шара можно наглядно проиллюстрировать три характерные области отражения (рис. 3.8):

1)длина волны много больше размеров цели, что соответствует рэлеевскому рассеянию, когда главную роль играют дифракционные явления;

2)длина волны одного порядка с размерами цели, что соответствует области «резонансного рассеяния»; -

3)длина волны много меньше размеров цели, что соот­ ветствует области поверхностного и краевого рассеяния, называемой также оптической областью.

141

По мере роста г/1 величина сгц монотонно растет, пока не возникнут резонансные явления. Максимум ЭОП получа­ ется тогда, когда шар становится подобным резонансному полуволновому вибратору и вдоль его полуокружности длиной лг укладывается полуволна тока, т. е. лг/Х = 0.5 или г/Х = 0,5/л = 0,16 (точнее, максимум соответствует

как показано выше, напряженность поля в два раза превы­ шает поле, формируемое большим числом зон Френеля, ког­ да о ц = лг2, а следовательно, Ощ/лг2 « 4.

Дальнейший рост r/Х приводит, к появлению в пределах шара области, соответствующей второй зоне Френеля, т. е. к понижению <тц. Затем появляется третья зона Френеля, так что Оц вновь увеличивается и т. д. Таким образом, функция Оц (r/Х) носит колебательный характер, причем амплитуда колебаний падает по мере увеличения r/Х. При

1,6 ЭОП практически не отличается от поперечного сечения шара.

3.3.ИСКУССТВЕННЫЕ ОТРАЖАТЕЛИ

1.Искусственные цели. В ряде случаев требуется созда­ ние специальных искусственных - целей. Часто требуется искусственное увеличение интенсивности вторичного излу­ чения. Это, например, относится к искусственным отража­ телям, устанавливаемым в определенных местах земной по­ верхности в качестве навигационных знаков. Важным при­ менением искусственных отражателей является их исполь­ зование при проверке и калибровке РЛС.

Наиболее известными искусственными отражателями являются уголковые. Рассмотрим двугранный уголковый отражатель (рис. 3.9). При достаточно большом отношении его размеров к длине волны можно воспользоваться мето­ дами геометрической оптики. При этом падающий луч 1 отражается от одной грани в точке А, попадает на другую грань, где после отражения в точке В распространяется, как видно на рис. 3.9, в обратном направлении (луч 2). Нетруд­ но показать, что при произвольном угле 0 отражатель дей­ ствует, как синфазная пластина, образованная в плоскости РР, перпендикулярной направлению облучения (эквива­

т. е. при любом 9 отражение от границ уголка можно заме­

142

нить отражением от эквивалентной пластины, лежащей в

щий в точку F вертикальной грани, и участок этой грани выше точки F остается неиспользованным. Поэтому дейст­ вующий размер эквивалентной пластины E'F' определяет­ ся путем проектирования на плоскость РР полной горизон­

Двугранный уголковый отражатель обладает существен­ ным недостатком — узкой ДОР в плоскости, проходящей через ребро уголка. ДОР расширяется, если использовать уголок с ребром, изогнутым, например, по окружности (биконический отражатель). Наиболее распространены трех­ гранные уголковые отражатели, обеспечивающие большую ЭОП при малых размерах и относительно слабую направ­ ленность. На рис. 3.10 показаны три разновидности подоб­ ных отражателей: с треугольными гранями, гранями в ви­ де прямоугольных секторов круга, с квадратными граня­ ми. На рис. 3.10, а показано прохождение лучей после трех отражений. Максимум обратного отражения совпадает с осью, проходящей через вершину и перпендикулярной плос­ кости раскрыва.

Расчет ЭОП трехгранного уголкового отражателя про­ изводится аналогично тому, как это сделано выше, т. е. пу­ тем нахождения площади эквивалентной пластины 5Э. В случае отражателя с треугольными гранями для направле­

143

ния максимума образуется 6-угольная эквивалентная пла­ стина (заштрихована на рис. 3.10, б) площадью S3 = = а2/КЗ, где а — длина ребра. Соответственно максималь-

ное значение ЭОП сТцд — 4 п *а Для двух других уголковых

отражателей при одинаковой длине ребра оцд: <гцо: Оцо = = 1:4:9.

Заметим, что из соотношения сгц ~ а1 следует, как бу­ дет показано в § 6.1 , п. 1, что дальность РЛС прямо про­ порциональна длине ребра отражателя а. Такое соотноше­ ние является весьма благоприятным.

Рис. 3.10. Разновидности уголковых отражателей

Достоинством отражателя с квадратными гранями явля­ ется в 9 раз большее значение ЭОП, чем для отражателя с треугольными гранями. Однако отражатель с треугольными гранями имеет более широкую ДОР (42° при треугольных гранях; 39° при секторных; 32° при квадратных). Для соз­ дания более равномерной ДОР уголковых отражателей на их краях могут быть установлены дополнительные отража­ тели либо применены конструкции из нескольких уголков.

Важное значение имеет точность изготовления уголко­ вого отражателя. Чем больше линейные размеры граней, тем точнее должен быть выдержан угол 90° между ними. Так, для уголка с треугольными гранями при а/К — 40 не­ точность в 1° уменьшает величину ац на 15 дБ, а При а/к — ~ 20 такое уменьшение соответствует погрешности в 1,7 ...2°.

Расширение ДОР по сравнению с уголковыми отражате­ лями обеспечивает линзовый отражатель. Линза такого отражателя (линза Люнеберга) представляет собой диэлект­ рический шар, у которого относительная диэлектрическая проницаемость наружного слоя близка к единице и возрас­ тает до двух с увеличением глубины слоя. Линза фокуси­ рует падающий на нее параллельный пучок лучей в точку на противоположной ее поверхности, где установлен экран (рис. 3.11). Отраженные экраном лучи параллельны пада­

144

ющим. ЭОП линзового отражателя радиуса R вычисляется по формуле оц = 4л3/?W. Ширина ДОР зависит от раз­ меров экрана и максимальна (172° на уровне 0,5) при экра­ не, занимающем 172°.

2. Противорадиолокационные покрытия. Для измере­ ния ЭОП на моделях, а также для испытания РЛС необ­ ходимы так называемые безэховые камеры, стены которых выложены неотражающими противорадиолокационными по­ крытиями. Такие же покрытия необходимы для защиты обслуживающего персонала от облучения.

а

Коэффициент отражения (коэффициент Френеля) при нормальном падении плоской волны на границе воздух— покрытие R = (1 — J/^e/y,)/ (1 +1^е/у), (где е, у, — отно­

сительные диэлектрическая и магнитная проницаемости

Обычно для этих целей применяется пенопластовый кар­ кас с наполнителем, хорошо поглощающим радиоволны, причем плотность материала и концентрация поглотителя должны возрастать с глубиной. Радиопоглощающий мате­ риал наиболее удобен в виде пирамид (рис. 3.12, а) с углом при вершине 30° ...60°, что обеспечивает многократные переотражения, увеличивающие поглощение.- Для снижения коэффициента отражения на 20 дБ высота пирамид должна быть (0,5 ...0,6)Х, однако для снижения на 50 дБ требуется высота (7 ...10)Х.

145

Меньшую толщину, но в гораздо более узком диапазоне частот имеют интерференционные покрытия (рис. 3.12, б).

При выборе толщины такого покрытия d = X/4 Re l^e р,

имеет место противофазность колебаний, отраженных от покрытия и объекта, а в случае равенства амплитуд дости­ гается полное уничтожение отражения (Еотр1 = —Еотр2). Покрытия могут быть изготовлены из различных пластмасс или каучука, наполненных порошком графита или карбо­ нильного железа.

3.4.ГРУППОВЫЕ ЦЕЛИ

1.ЭОП двухточечной цели. Несколько точечных целей, расположенных в пределах разрешаемого объема, обра­ зуют групповую цель. Простейшая модель групповой це-

Рис. 3.13 Определение ЭОП двухточечной цели

ли — двухточечная. Она состоит из двух изотропных от­ ражателей (например, шаров), расстояние между которыми равно L, а расстояние до РЛС Dj и Р2 (рис. 3.13, а). Та­ кая модель достаточно верно описывает сложные цели, со­ держащие по крайней мере две блестящие точки. Реальная цель содержит много блестящих точек, однако на примере двухточечной модели можно проследить важнейшие зако­ номерности, имеющие место при отражении сигнала РЛС от сложной цели.

Поля вторичного излучения каждого из отражателей Цх и Z/2 у РЛС характеризуются в комплексном виде следую­

146

Поля отдельных-отражателей у РЛС суммируются. Сум­

где разность фаз колебаний от отдельных отражателей

Ф1,г = Ф2-Ф1 = Л 2 (О2-О1) = Л Lsin 8- (3.4.5)

Аналогичный результат для £р можно получить, поль­ зуясь формулой косоугольного треугольника при сложении двух векторов (рис. 3.13, б).

Применяя формулу (3.1.6) и полагая, что первичное поле £ц одинаково для обеих целей, получаем ЭОП двухточеч­

Вчастности, при идентичных целях, когда оц1 = оц2 =

—Оц0, получим следующее выражение для ДОР:

Анализ зависимости оц (0) показывает, что опа являет­ ся многолепестковой (рис. 3.14). Нули функции оц (0) со­ ответствуют направлениям, где вторичные колебания двух целей находятся в противофазе и гасят друг друга, а мак­ симум — направлениям синфазного сложения, причем ре­ зультирующая ЭОП превышает в четыре раза ЭОП каждой цели. Чем больше отношение L/X, тем сильнее проявляется интерференционный характер зависимости оц (0). Ширина лепестков в области, близкой к углам 0 = 0° и 0 — 180°, определяется согласно (3.4.7) как А0 = 0А — 0г, где

147

целой части [4L/X]; если же [4L/X] — нечетное, то п = 2 X X [4L/M + 2).

Рис. 3.14. ДОР двухточечной цели

Если групповая цель состоит из п отражателей, то ре­ зультирующее поле

к значительным флуктуациям амплитуд отраженных сиг­

148

Примером сложной цели является самолет. На санти­ метровых волнах изменение направления облучения на доли градуса может изменить уровень отраженного сигна­ ла на несколько десятков децибел.

2. Флуктуации фронта волны, отраженной от двухточеч­ ной цели. При измерении угловых координат представляет большой интерес распределение фазовых сдвигов вторич­ ного излучения в пространстве и, в частности, форма эквифазных поверхностей, т. е. фронта отраженной волны. Если в точке 0 посередине между точками Цг и Д2 (рис. 3.13, а) на расстоянии D от РЛС находится один изо­ тропный отражатель, то фазовый сдвиг вторичных колеба­ ний относительно первичных у РЛС вследствие прохожде­ ния пути D равен 4nD/A, а фронт волны определяется урав­ нением 4nD/X = const, т. е. имеет сферическую форму.

Вслучае двух целей, так как Dx = D — L sin 0/2, a D2 ~

=D + L sin 0/2, согласно (3.4.2) и (3.4.3) комплексная

амплитуда результирующего поля у РЛС имеет вид

149