Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (с содержанием) (Ширман Я.Д. Теоретические основы радиолокации (1970)), страница 7

В результате расчета получим о,— о, о,— о, а=— (гез!п О+еесоз О! =— (о 2 о(0) 2 о(0) (18) 32 Рассмотренные для групповых сосредоточенных вторичных излучателей соотношения могут быть частично распространены на распределенные вторичные излучатели. Примерами последних явл ются скопления отражателей на земной поверхности или в простра. стве, например в виде капель воды и т. п. Среднее значение эффект.:аной поверхности о рассчитывается при этом на разрешаемый объем и является функцией координат облучаемого пространства. При измерении координат целей на фоне распределенных отражателей в той или иной мере могут проявляться ошибки, подобные отмеченным выше для сосредоточенного группового излучателя.

В заключение приведем некоторые выкладки, иллюстрирующие переход от соотношения (1О) к (11). Запаздывания т! х на пути двойного прохождения колебаний от совмещенной РЛС с координатами га, ез (рис. 2.2, а) до элемента ! или 2 групповой цели и обратно до произвольной точки г, 0 фронта волны вблизи РЛС представим в виде Здесь гз н Ое — орты полярных координат точки стояния радиолокатора; 1е — единичный вектор, проведенный от первого ко второму излучателю и связайный с ортами полярной системы координат соотношением 1з = гей)п в+ в'соз в, где о(в) находится из формулы (3) при Ян1 и р- — з)п Е. Б.

ВТОРИЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СООТНОШЕНИЯХ РАЗМЕРОВ ЦЕЛИ И ДЛИНЫ ВОЛНЫ $2.4. Эффективная поверхность тел, малых по сравнению с длиной волны Расчет эффективной поверхности сосредоточенных вторичных излучателей при любом соотношении их размеров и длины волны принципиально сводится к решению двух задач Первая и наиболее сложная из них состоит в отыскании наведенных токов по заданному полю первичной волны Для ее решения часто прибегают к приближенным методам анализа заменяя реальные тела их электро- динамическими моделями, используя теорию антенн и различные аппроксимации граничных условий Вторая задача заключается в нахождении поля вторичного излучения в точке приема по найденному распределению наведенных токов Эту задачу можно решить, рассматривая каждый элемент возбужденной поверхности как элементарный вибратор и применяя принцип суперпознции волн.

Величина эффективной поверхности определяется затем из соотношений ((1) или (2), ~ 2.2) Для тел, малых по сравнению с длиной волны, основные законо мерности вторичного излучения можно выяснить на Простейшей электродинамической модели в виде тонкого провода с пластинками на концах (рис. 2.3, а). Длина провода и стороны пластинок 1(( Х, провод ориентирован вдоль вектора электрического поля Е„ первичной волны. к 1 ,' ', тот / ! 1 ч Гц рис. 2.3.

Простейшая злектродинамическая модель (а) и распределение наведенных токов и зарядов (б) для тел, малых по сравнению с длиной волны $2.4 33 Применимость этой модели к рассматриваемому случаю основана на том, что при 1(( Х, независимо от формы и ориентации тела, наведенный ток возбуждается в фазе на всей его поверхности (область тени отсутствует) и замыкается током смешения через окружаюшее пространство. При этом величина наведенного тока ограничивается, главным образом, электрическим полем зарядов, образующихся на концах тела (рис.

2.3, б), или иначе — емкостным сопротивлением между ними. Введенная модель как раз и учитывает это явление. Она представляет собой электрический вибратор с действуюшей высотой й, = 1 и сопротивлением емкостного ха- рактера Д = (ив+1(р2Е,— — ) ~- —, 1 1 2ц' где С=ев — = — — емкость пластин, а Рв= — — кРУговаЯ ча- 1 120 с Х стота, так что 21жбΠ—. (1) Ток в проводе можно определить, рассматривая данный вибратор как приемную антенну. Он равен отношению наведенной э. д. с. Ец1 к сопротивлению Ец1 Ец 12 1= — ж — —, (2) 1г1 зо х' Напряженность поля вторичного излучения в точке приема определяется на основании теории элементарного вибратора соотноше' нием боцы Е пр гк Тогда для рассматриваемого примера Е =Е 4412 пр ц„в Епр 1в а = 4лг' — = 4пп — .

Е2 14 и (4) Таким образом, эффективная поверхность вторичного излучения тел, малых по сравнению с длиной волны, пропорциональна шестой степени их размера и обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. иначе, отноамние эффективно11 поверхности к кеад- 34 2.4 и эффективная поверхность вторичного излучения при этом оказы- вается равной рату линейного размера тела и/р оказывается пропорциональным величине ()й)4. Полученные зависимости выражают хорошо известный в физике закон рассеяния Релея, который справедлив для тел любой формы, если только линейные размеры последних значительно меньше длины волны.

Так, например, эффективная поверхность малого диэлектрического шара, вычисленная строгими методами электродинамики, равна где а' — диаметр шара (а (<).), а е„— относительная диэлектри. ческая проницаемость материала, из которого выполнен шар. Отмеченная зависимость вторичного излучения от соотношения размеров тела и длины волны при ) <,= г. объясняет такое оптическое явление, как голубой цвет неба: коротковолновая часть спектра солнечного света (синие лучи) рассеивается на малых неоднородностях скопления молекул атмосферы значительно сильнее, нежели длинноволновая (красные лучи).

Хотя выражение (4) относится лишь к случаю 1(( Х, уже оно позволяет понять практически важное положение о том, что в радиолокации можно применять лишь сравнительно короткие волны, поскольку нельзя получить интенсивного вторичного излучения, если длина волны велика по сравнению с линейными размерами цели. Поэтому не случайно верхняя граница используемых в радиолокации длин волн лежит в метровом (а для тел больших размеров— в коротковолновом) диапазоне.

Обнаружение мин, снарядов и других целей сравнительно малых размеров возможно, например, только на сантиметровых нли еще более коротких волнах. Рассмотренный случай имеет также практическое значение при оценке помех радиолокационному приему, создаваемых большими скоплениями малых частиц, находящихся во взвешенном состоянии (туман, облака, песок) или в виде выпадающих осадков (дождь, град, снег). Известно, что на экранах индикаторов радиолокационных станций сантиметрового диапазона хорошо наблюдается грозовая облачность. Это явление используется в радиометеорологии. й 2.5. Эффективная поверхность тел, соизмеримых с длиной волны Простейшим примером тела, соизмеримого с длиной волны, является пассивный вибратор в виде тонкого провода или узкой металлической полоски. При равенстве длины вибратора целому числу полуволн наступает резонанс наведенного тока.

Поэтому за. висимость о от величины отношения 1Й носит резонансный характер, что является основной особенностью рассматриваемого случая. Второй особенностью является зависимость о от направления прихода волны и поляризации приемной н передающей антенн. 6 з.а 35 С ггц ли Рис. 2.4. Распределение тока вдоль полуволнового вибратора 7а= Рассмотрим вначале полу- волновый вибратор, ориентированный в поле первичной волны параллельно вектору Е„.

Наведенная в нем э. д. с. равна произведению напряженности голя Е„на действуюшую высоту вибратор а «д, ток распределен практически йо синусоидальному закону (рис. 2.4), а амплитуда тока в пучности стоячей волны !а определяется отношением наведенной э. д. с. к модулю сопротивления излучения вибратора ) 2 'р Еи Ид ~Е~ Амплитуда поля обратного вторичного излучения в точке приема находится из соотношения 00л~е «л гь При этом эффективная поверхность будет равна Е> г' 60и« 0 =4пга — = 4п ~ Е~ ~А~Я~ Настроенный в резонанс полуволновый вибратор имеет только активную составляюшую сопротивления излучения, равную )т = 73 ом, и действующую высоту «и = Мп.

Поэтому резонансное значение его эффективной поверхности по=О 86йа=О 86(2(~а (2) где ( = Ы2 — соответствующая резонансная длина вибратора. Полученный результат (2) показывает, что эффективная поверхность полуволнового вибратора при резонансе значительно превышает его собственную геометрическую площадь. Такие вибраторы, легкие по весу и малые по объему, можно использовать в качестве эффективных вторичных излучателей. На этом основано их применение для создания пассивных помех радиолокационным станциям. Величина а„определяемая выражением (2), является максимальной.

Прн изменении длины волны (или длины вибратора) условия , резонанса нарушаются. Если расстройка недостаточно велика, чтобы изменить распределение тока, зависимость о = о (1/Х) имеет вид обычной резонансной кривой, возведенной в квадрат, зб й 2.6 о - ое ( — ) что следует из выражения (1). Чем тоньше вибратор, тем острее резонансная кривая вследствие более сильной зависимости реактивной составляющей сопротивления излучения от расстройки.

При постановке пассивных помех полуволновые вибраторы или, как их еще называют, дилольныа отражатели могут занимать самое различное положение. Поэтому представляет интерес зависимость их эффективной поверхности от ориентации в поле первичной волны. Полуволновый вибратор является антенной направленного действия.

Его диаграмма направленности соз — яп О) (2 Р(0)= с =с О, где Π— угол наклона вибратора в плоскости поляризации вектора Е (рис. 2.5, а). Эта диаграмма оказывает влияние как при приеме, так н при излучении. В результате амплитуда поля обратного вторичного излучения уменьшается в Р(0) раз, а эффективная поверхность о(0) — в ге(О) раз, т. е. о (0) оо созе О.