книги из ГПНТБ / Основы радиотехники и радиолокации учеб. пособие

Плотность потока отраженной мощности на расстоянии D от станции можно получить, разделив величину полной отражен­ ной мощности из формулы (1— 1) на поверхность сферы ра­

диусом D.

Таким образом, на единицу площади приемной антенны приходится мощность

Р1макс • П • S

4K D 2 -4 KC 2

Обозначим эффективную площадь приемной антенны через S A (под эффективной площадью антенны понимают площадь иде­ альной синфазной поверхности в плоскости раскрыва антен­ ны, которая обеспечивает такие излучения и прием, как и ре­ альная антенна). Полная величина мощности отраженного сигнала, принятая антенной радиолокационной станции, рав­ на:

Очевидно, не при любой дальности цели мощность отражен­ ного сигнала достаточна для того, чтобы различить на экра­ не индикатора отраженный импульс на фоне шумов. Обозна­ чим через Р с мин минимальное значение мощности сигнала, улавливаемого антенной, при котором импульс еще может быть обнаружен на фоне шумов приемника (чувствительность приемника). Расстояние до цели, при котором мощность от­ раженного сигнала Р с снизится до значения Р с мин, и будет

Отсюда максимальная дальность действия радиолокационной станции

Выражение (1—3) и является основным уравнением радиоло­ кации.

Произведем анализ полученного уравнения. Из (1— 3) сле­ дует, что увеличение дальности связано с большой труд­

50

ностью, так как все параметры стоят под корнем четвертой степени. Изменение каждого из параметров влияет на величи­

Наиболее эффективным способом увеличения дальности

При неизменной длине волны X повышение G A достигает­ ся увеличением эффективной площади антенны. Поскольку пе­

длины волны приводит к ухудшению чувствительности при­ емного устройства. Чем короче длина волны, тем больше за­ тухание электромагнитной энергии в пространстве.

полосу пропускания приемника, вследствие чего ухудшаются чувствительность и избирательность его, то есть уменьшается дальность действия Р Л С .

Зависимость дальности действия Р Л С от длительности им­ пульсов говорит о том, что Омане зависит не от импульсной мощности передатчика, а от его средней мощности (рис. 1.37). Действительно, если ти уменьшить, а Р ср оставить прежней, то Рмакс возрастет. Однако при этом увеличения D MaKC не про-

51

Г л а в а II

Л И Н И И П Е Р Е Д А Ч И Э Н Е Р Г И И

Одной из основных задач, решаемых в РТ С, является пе­ редача энергии электромагнитных волн от одного элемента

которые в дальнейшем будут называться просто л и н и я м и и в о л н о в о д а м и .

Для того чтобы изучить работу линий передачи, необхо­ димо вспомнить важнейшие свойства электромагнитного поля.

§ 2.1. Электромагнитное поле

Если по проводу проходит переменный ток, то вокруг него возникают переменные электрическое и магнитное поля, обра­ зующие вместе электромагнитное поле.

Электромагнитное поле, движущееся в пространстве, ина­ че называется электромагнитной волной.

Раздельно друг от друга переменные электрическое и маг­ нитное поля существовать не могут. Всякое изменение элек­ трического поля вызывает появление переменного магнитно­ го поля и наоборот.

Нельзя называть электромагнитным полем постоянные электрическое и магнитное поля, существующие одновременно в каком-либо месте пространства. В этом случае оба поля самостоятельны и не взаимодействуют между собой.

53

Электромагнитное поле представляет собой сочетание рав­ ноправных переменных электрического и магнитного полей, взаимодействующих друг с другом. Электрическое поле соз­ дается зарядами, а магнитное — токами в проводниках.

Теория показывает, что магнитное поле создается не толь­ ко токами проводимости, но и токами смещения, которые про­ порциональны скорости изменения электрического поля.

Взаимная связь между переменными электрическим и маг­ нитным полями объясняет причину движения электромагнит­ ного поля в пространстве.

При своем распространении электромагнитное поле может потерять связь с проводом, вокруг которого оно первоначаль­ но создалось. Принято говорить, что провод с переменным то­ ком излучает в пространство электромагнитные волны, кото­

2.Электрические и магнитные силовые линии взаимно пер­ пендикулярны.

3.Магнитные силовые линии замкнуты и охватывают про­ водник с током или переменное электрическое поле.

4.Электрические силовые линии либо идут от одного элек­ трического заряда к другому, либо представляют собой замк­ нутые линии, охватывающие переменное магнитное поле.

5.Магнитные силовые линии у поверхности проводника с током параллельны этой поверхности.

6.Электрические силовые линии всегда перпендикулярны поверхности идеального проводника. Если имеется проводник,

54

не обладающий сопротивлением, то при прохождении тока по нему падения напряжения не возникает, то есть все точки этого проводника имеют одинаковый потенциал.

Электрические силовые линии имеются только между точ­ ками с разными потенциалами, то есть вдоль идеального про­ водника их быть не может.

Два последних свойства определяют структуру электро­ магнитного поля около поверхности проводника на границе между проводником и внешним пространством. Поэтому их называют г р а н и ч н ы м и у с л о в и я м и . Электромагнитное поле всегда имеет такую структуру, при которой выполняют­

Рис. 2. 1. Взаимное расположение векторов Е, Н, V в попе­ речной электромагнитной волне.

Н а рис. 2.1 изображены для поперечной волны векторы напряженности электрического поля Е, напряженности маг­ нитного поля Н и скорости распространения волны ѵ. Взаим­ ное расположение этих векторов для поперечной волны под­ чиняется следующему правилу: если вращать винт по крат­ чайшему расстоянию от Е к Н , то его поступательное движе­ ние покажет направление вектора ѵ. Если выразить Е в воль­ тах на метр и Н в амперах на метр, то их произведение даст мощность потока энергии, переносимой электромагнитной вол­ ной через 1 кв. м поперечного сечения волны. Произведение векторов Е и Н называется вектором П о й т и н г а (измеря­ ют Е ваттах на квадратный метр).

55

§ 2.2. Длинные линии

Линия называется длинной, если ее длина сравнима с дли­ ной волны радиосигнала или превышает ее.

Электрические процессы в длинной линии качественно от­ личаются от электрических процессов в короткой линии

Основное отличие состоит в том, что ток и напряжение в длинной линии имеют неодинаковые величины в различных точках одного и того же провода.

А. Параметры линий

Провода линии имеют определенную индуктивность, вели­ чина которой зависит от их геометрических размеров, формы

Если индуктивность, емкость, активное сопротивление и утеч­

представить в виде множества соединенных между собой яче­ ек из элементарных индуктивностей L и емкостей С (рис. 2.2).

56

Для удобства анализа и расчета линий введены понятия о погонных емкости, индуктивности, активном сопротивлении и активной проводимости (утечке).

П о г о н н а я и н д у к т и в н о с т ь Li — это индуктивность единицы длины линии. Измеряется она в гн/м, мгн/м, мкгн/м. Чем больше поверхность проводов и меньше расстояние меж­

ся активное сопротивление единицы длины линии. С увеличе­ нием частоты погонное сопротивление возрастает. Измеряется оно в ом/м.

П о г о н н а я проводимость (утечка) Gi — активная про­ водимость единицы длины линии. Она зависит от электричес­

цепью с распределенными постоянными, то ее эквивалентная схема представляет собой последовательное соединение боль­ шого числа звеньев. На практике обычно ограничиваются не­ сколькими (4—6) звеньями.

Исследования показали, что ряд физических процессов в цепи, состоящей из конденсаторов и катушек (рис. 2.3), про­ исходят так же, как и в реальной линии, если число звеньев не менее четырех.

Цепь, составленная из последовательно соединенных звень­ ев катушек и конденсаторов, называется и с к у с с т в е н н о й линией. Искусственные линии широко применяют для форми­ рования импульсов напряжения прямоугольной формы и для задержки импульсов.

57

Рис. 2. 3. Схема искусственной длинной линии.

Кроме первичных параметров, линия характеризуется вто­ ричными параметрами. К ним относятся: волновое сопротив­ ление р, скорость распространения волны ѵ, коэффициент за­ тухания ß.

Б. Типы линий

Фидерные линии по конструкции делятся на четыре типа:

— воздушные; ■— изолированные;

—экранированные;

—коаксиальные.

Воздушная (открытая) линия состоит из двух параллель­ ных прямолинейных проводов. Расстояние между ними берет­ ся меньше четверти длины волны (рис. 24 а).

Рис. 2.4. Типы линий: а — воздушная; б — изолированная.

58

Первичные параметры двухпроводной линии определяют по формулам:

влияние внешних электромагнитных полей, неудобство креп­ ления и прокладки.

Воздушная линия применяется на частотах до 200 Мгц. На более высоких частотах резко возрастают потери энергии и наблюдается значительный антенный эффект.

Антенный эффект — способность тех или иных проводни­ ков излучать и принимать электромагнитные волны. Обычно термин А . Э. применяется в случаях, когда этот эффект име­ ет параметр паразитного явления, го есть происходит излу­ чение или прием электромагнитных волн проводниками, не предназначенными для этих целей.

И з о л и р о в а н н а я линия отличается от воздушной тем, что ее провода окружены высокочастотным диэлектриком (рис. 2.4 б), защищенным от механических повреждений на­ ружной изоляцией. Изолированная линия более удобна при монтаже и позволяет передать большую мощность, чем воз­ душная при тех же размерах.

Э к р а н и р о в а н н а я линия отличается от изолированной линии наличием экрана медной гибкой оплетки или свинцо­ вой оболочки (рис. 2.5 а ) . В экранированной линии полностью устранены недостатки, присущие воздушной линии. Погонная емкость и индуктивность экранированной линии зависят от ра­ диуса экрана. С уменьшением радиуса экрана погонная ем-

59