3. Резонансное отражение.

В разделе 1 отмечено, что переизлучение энергии падающей волны происходит вследствие вынужденных колебаний свободных или связанных зарядов в от­ражателе, создающих токи проводимости или токи смещения. Можно говорить о том, что всякое тело, способное переизлучать электромагнитную энергию, обладает собственной частотой ко­лебаний электрических зарядов подобно тому, как это имеет место в электрическом колебательном контуре или механиче­ской колебательной системе. Если частота колебаний первичной волны совпадает с этой собственной частотой колебаний отражателя, то имеет место явление резонансного отражения. При резонансном отражении появляется также ярко выражен­ная направленность вторичного излучения. Для металлических отражателей, у которых отражение происходит за счёт наведён­ных токов проводимости, явление резонанса возникает всякий раз, если имеется компонента вектора электрического поля, па­раллельная отражателю, размер которого кратен /2, т. е.

(6)

В отличие от обычного отражения, при котором сигнал рас­тёт монотонно с размером цели ℓ, при резонансном отражении мощность отражённого сигнала резко возрастает при выполне­нии условия (6) и быстро падает при небольших отступлениях от соотношения (6) в любую сторону. С ростом n величина ре­зонансного пика уменьшается.

На рис. 8 и 9 представлены зависимости мощности отражён­ного сигнала от отношения ℓ /  для двух случаев: при изменении  и при изменении ℓ. Во втором случае вследствие растущих размеров отражателя естественным образом растёт нерезонанс­ная компонента отражённого сигнала.

Ширина пика определяется поперечными размерами отра­жателя: чем тоньше отражатель, тем острее резонанс.

На практике широкое применение находят полуволновые пас­сивные отражатели.

?

10. Самолётный двухлопастный винт длиною ℓ=2м вращается со скоростью 20 об/с. Самолёт облучается точно спереди радиоволной = 4м с горизонтальной по­ляризацией.Как ведёт себя сигнал, отражённый от са­молёта? Как это повлияет на работу системы АСУ с коническим развёртыванием луча антенны (лаб. работа №5, fопорн= 40Гц)?

3. Диапазон волн, используемых в радиолокации

Используемый в радиолокации диапазон волн определяется зависимостью мощности вторичного излучения от длины волны. В общем случае эта зависимость является сложной. Однако в частном случае, когда линейные размеры цели существенно больше длины волны, интенсивность вторичного излучения слабо зависит от длины волны и в пределе вовсе не зависит. В дру­гом крайнем случае, когда линейные размеры цели значительно меньше длины волны, мощность вторичного излучения мала и резко падает при увеличении длины волны. В этом случае волна диффрагирует вокруг объекта, почти не отражаясь от него.

Если линейные размеры цели малы по сравнению с длиной волны, то мощность отражённого сигнала для тел любой формы определяется формулой Релея

(7)

где ℓ - наибольший линейный размер цели; k - множитель, имеющий размерность Вт/см².

Уменьшение мощности вторичного излучения в соответствии с соотношением (7) при увеличении длины волны, естественно, приведёт к резкому уменьшению дальности обнаружения цели. Поэтому в радиолокации используют радиоволны, длина волны которых меньше линейных размеров цели. Типичные размеры радиолокационных целей — от 0,5 до 100 м, поэтому пригодным для радиолокации оказывается только диапазон метровых волн и короче, т. е. диапазон СВЧ.

При разработке конкретной аппаратуры немаловажную роль играет возможность получить хорошие направленные свойства антенны при заданных её габаритах. Как известно, коэффици­ент усиления антенны

(8)

где S_A - геометрическая площадь раскрыва антенны; _S - ко­эффициент использования площади раскрыва.

Таким образом, уменьшать λ целесообразно также и для увеличения G при заданных габаритах антенны. Единственным фактором, ограничивающим укорочение длины волны, является затухание волн в атмосфере, которое в см- и мм-диапазонах может оказаться значительным, особенно при плохих условиях погоды. Затухание волн см- и мм-диапазонов в атмосфере, в основ­ном, происходит за счёт поглощения энергии этих волн моле­кулами кислорода, паров воды и других компонентов атмосферы. Это явление в меньшей мере сказывается на волнах оптического диапазона. Поэтому после изобретения лазеров получила рас­пространение оптическая локация на волнах порядка 10^-6 м. Однако оптический локатор может работать только при нали­чии оптической видимости (при отсутствии облаков, дыма, тумана).

?

11. Необходимо спроектировать орнитологическую РЛС для наблюдения за весенне-осенними перелётами птиц (всех видов). Какую длину волны надо выбрать? 12. Метеорное тело (песчинка, ℓ <1 мм) до входа в атмосферу не обнаруживается радиолокатором, ра­ботающим на волне λ = 1 м. Почему обнаруживается после входа в атмосферу? 13. Поясните физический смысл того, что в формуле (7) ℓ и λ неравноправны: ℓ входит в степени на 2 бóль­шей, чем λ.