книги из ГПНТБ / Белосток В.С. Распространение радиоволн (учебное пособие)

УКВ характеризуются более узкой передаваемой полосой часто! по сравнению с тропосферными линиями связи.

такие же повышенные требования, что и к аппаратуре тропосфер­ ной связи.

Отражение радиоволн от ионизированных следов метеоров

В главе 4 отмечалось, что вторжение в земную атмосферу ме­ теоров сопровождается образованием ионизированных столбов или метеорных следов. Ионизированные следы имеют протяжен­ ность до 25 км и создаются в интервале высот 80 ф- 120 км. Сред­ няя высота расположения следов около 90 км.

91

Объясняется это тем, что с увеличением частоты диэлектрическая проницаемость ионизированных следов стремится к единице (см. формулу 4.3), и создаваемая метеорным следом неоднород­ ность становится менее заметной.

связи изображена на рис. 6.12. На обоих концах линии аппарату-

Рис. 6.12. Схема линии связи, использую­ щей отражение радиоволн от следов метеоров

ра совершенно идентична и включает в себя передатчик и прием­ ник, работающие на общую антенну, управляющее устройство, а также входной и выходной накопители. В качестве антенн в не­ которых случаях применяются многоэлементные директорные антенны, излучающие под таким углом к горизонту, чтобы их диаграммы направленности пересекались на высоте 80—120 км

93

над земной поверхностью. Применение более сложных антенн с узкими диаграммами направленности не дает выигрыша, так как в этом случае облучается меньшая часть небесной сферы, и в зону действия антенн попадает меньшее количество метеоров.

Оба передатчика пунктов А и В непрерывно излучают немодулированные колебания с частотами f \ и /о, отличающимися при­ мерно на 1 Мгц (рис. 6.13). Пока в области пересечения диаграмм направленности передающей и приемной антенн не появится надлежащим образом ориентированный ионизированный след,, прием отсутствует. При наличии подходящего метеорного следа, способного отразить радиоволны, оба приемника одновременно начинают принимать немодулированные колебания, излучаемые

ния, и управляющее устройство выключает модулятор. В процес­ се приема полученная информация из накопительного устройства приемника поступает на выход для соответствующей обработки.

Коэффициент использования такой линии связи, представля­ ющий собой отношение времени существования связи к общему времени работы передатчиков, обычно составляет около 1/20 (5% времени — передача сигнала, 95% времени — ожидание).

Основным преимуществом прерывистой связи, использующей явление метеорной ионизации, по сравнению с линиями связи,

94

использующими ионосферное рассеяние, является возможность применения меньших мощностей (до 500—750 вт) и более про­ стых и дешевых антенн.

Этот вид связи не подвержен нарушениям, связанным с ионо­ сферными возмущениями, от которых страдает коротковолновая связь, а также при такой связи нет необходимости изменять ча­ стоты передачи при изменении времени суток или года, как это обычно делается на коротких волнах.

Системы прерывистой связи, использующие отражение от ме­ теорных ионизированных следов, обладают важной особенностью, заключающейся в том, что такие системы используют для переда­ чи информации отражения только от одного метеорного следа одновременно. Так как отражение от метеорного следа является зеркальным, оно может быть принято только внутри ограничен­ ного района на земной поверхности. Для того, чтобы передачу смог принять какой-нибудь посторонний приемник, он должен находиться в том же районе. По мере удаления от станций А и В возможность приема передачи ослабевает. Поэтому рассматри­ ваемая система отличается определенной скрытностью передачи информации. По этой же причине метеорные линии связи сравни­ тельно малочувствительны к помехам.

В настоящее время метеорные линии связи используются для передачи нескольких телеграфных сообщений или одного фототе­ леграфного. Дальность действия таких линий до 2000 км при мощности передатчика порядка нескольких сот ватт и полосе пропускания 3 кгц.

Отражение метровых волн от «искусственной ионосферы»

Возможность связи за счет отражения радиоволн от ионизи­ рованных следов метеоров натолкнула радиоспециалистов на мысль искусственно создавать на больших высотах области с по­ вышенной электронной концентрацией для того, чтобы использо­ вать эти ионизированные облака для дальней связи на метровых

этого, как показывают исследования, образуется сильно ионизи­ рованный столб газа протяженностью в несколько десятков мет­ ров, сохраняющий значительную электронную концентрацию при­ мерно в течение часа.

Искусственная ионосфера может быть использована для даль­ ней телефонной и телеграфной связи на метровых волнах, причел? в принципе она может быть создана в любое время, и на любой высоте.

В заключение отметим, что, ультракороткие волны в настоя­ щее время находят широкое применение для телевизионных передач, радиолокации, частотно-модулированного вещания и ряда других целей.

5£

Г л а в а 7

ДАЛЬНОСТЬ РАДИОЛОКАЦИИ

§ 1. Определение радиолокации. Вторичное излучение радиоволн

Радиолокацией называется обнаружение различных объектов и определение их местоположения при помощи радиоволн, а ра­ диотехнические устройства, предназначенные для этих целей, на­ зываются радиолокационными станциями или радиолокаторами.

Объекты, подлежащие обнаружению, обычно принято назы­ вать радиолокационными целями или просто целями.

Радиолокация возможна вследствие того, что при облучении цели происходит отражение или рассеяние радиоволн. Последу­ ющая регистрация рассеянного или отраженного излучения по­ зволяет определить местоположение рассеивающего объекта *.

Явление отражения или рассеяния радиоволн, как известно, имеет место в том случае, когда на пути распространения радио­ волн встречается какое-либо физическое тело с электрическими параметрами, отличающимися от параметров среды, в которой оно находится. Поскольку все цели, подлежащие обнаружению (например, самолеты, баллистические ракеты, искусственные спутники Земли, речные и морские суда, метеоры, грозовые обла­ ка и т. п.), удовлетворяют этому условию, то практически любая цель, будучи облученной радиолокатором, становится источником отраженного, то есть вторичного электромагнитного поля.

Существо процесса вторичного излучения связано с образова­ нием на поверхности облучаемых тел наведенных высокочастот­ ных токов и созданием этими токами обратного излучения с тем или иным пространственным распределением.

Мощность вторичного излучения при заданной поляризации и интенсивности первичного поля около цели зависит от формы,

* Здесь речь идет о так называемой активной радиолокации, осущест­ вляемой путем облучения цели и приема отраженной от нее энергии. Все дру­ гие методы радиолокации рассматриваются в соответствующих разделах кур­ са «Основы радиолокации».

96

В другом крайнем случае, когда линейные размеры цели мно­ го меньше длины волны (/<СМ, имеется весьма сильная зависи­ мость интенсивности вторичного излучения от длины волны: при увеличении длины волны мощность вторичного излучения резко падает.

Возможны случаи, когда размеры тела одного порядка с дли­ ной волны. При этом имеются некоторые особенности вторичного излучения, связанные с возникновением резонансных явлений.

По ряду причин, которые будут рассмотрены ниже, для ра­ диолокации выгодно применять возможно более высокие частоты, и в настоящее время в большей части радиолокационных станций используются метровые, дециметровые и сантиметровые волны.

Единственным фактором, ограничивающим укорочение длины волны, является затухание радиоволн в атмосфере, которое в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн оказывается иногда весьма значительным, особенно при неблагоприятных ме­ теорологических условиях.

§ 2. Понятие об эффективной площади рассеяния цели

Как уже отмечалось, любая цель, будучи облученной радиоло­ катором, становится источником вторичного излучения.

Полагая, что вторичный излучатель изотропен, то есть равно­ мерно рассеивает всю падающую на него энергию (рис. 7.1), по-

Л и н е и н а я п о л я р и з а ц и я

Рис. 7-1- К выводу уравнения дальности радиолокации

лучим простое выражение для определения мощности вторичного излучения

кой цели как вторичного излучателя, то есть количественной ха­

его зависит от формы, электрических .свойств поверхности и от со­

отношения размеров цели к длине волны ® Ряде случаев S

близка к геометрическому сечению цели.

Ввиду того, что вторичное излучение в действительности не­ одинаково в различных направлениях, при расчетах поля, рассе­ янного целью, необходимо учитывать к.н.д. вторичного излучения, аналогичного к.н.д. передающей антенны.

С учетом направленности вторичного излучения плотность потока мощности в месте расположения приемной антенны радио­ локатора при отсутствии потерь в атмосфере будет равна

Если поляризация вторичного поля такая же, как у приемной антенны радиолокатора, то мощность, отдаваемая в нагрузку согласованной антенной, будет равна

Р2 ~ П„ S2,

где Sg— эффективная площадь приемной антенны.

Если учесть, что на пути от антенны к приемнику часть энер­ гии теряется в фидере, то мощность на входе согласованного приемника будет:

Рг г- J72StTfJ2,

где т)2 — к.п.д. фидерной линии.

При несовпадении поляризации приходящей волны с той, на которую рассчитана приемная антенна радиолокатора, мощность,

98

•поступающая на вход согласованного приемника, будет несколько меньше и равна

где с безразмерный коэффициент, учитывающий возможное не­ совпадение поляризаций вторичного поля и приемной антенны.

Обычно приемная антенна рассчитана на прием поля той же поляризации, что и поляризация излучаемого поля. Следователь­ но, если при отражении радиоволн от цели поляризация поля сохраняется, то \ = 1 . Если же при отражении происходит депо­ ляризация поля (обычно линейно поляризованная волна после отражения от цели становится эллиптически поляризованной), то коэффициент Е<1.

Если Gj — коэффициент усиления передающей антенны радио­ локатора в направлении на цель, Pi — мощность передатчика, yjt к.п.д. фидера от передатчика к антенне, то

77,= P,rhrJ<

4т/?2 '

Поэтому окончательно получаем мощность на входе согласо­ ванного радиолокационного приемника

Коэффициент S0, имеющий размерность площади, называется э ф ф е к т и в н о й п л о щ а д ь ю р а с с е я н и я ц е л и . Он ха­ рактеризует эффективность вторичного излучения в направлении на радиолокатор. Другими словами, S0 является количественной

■99