Казаринов Ю.М. Радиотехнические системы. Под ред. Ю.М.Казаринова (2008) (1151786), страница 23
Текст из файла (страница 23)
ОХ5 х о 3 ю И о~ : 1.'з уолл о с$ Ям 3.й ~$45 ~со ~~Х О О о охх Х,О х 1Й" Ох 4 18 х,-р Х -сх .О ф Б я ор х и о Д „а ад х х сс 'о О- Х сс хсс г 'б' сс х Д ~5О~~ Ю о ~~ Ю 5 Ос р $д сс Х 8 ф с й сс о ~ х х ~во ЯЙЯ аа ~ $ 1*-- уоо оЯ .О м 8 ~ ~~х Ф о х ~Д О,о 33~1 ор сх 5 Ям ~„> охс х .Я~ х сс х а Х 5 о с. Бил Д ИДИ Оа а ~ о йЙ „'21~ рц8$ УРх х а $ о хф2 5 5 ОХ х Ос~ сс юй~ ~ ~дО о'- й, - х' о д х о~х ОхБ р Я о х х Б ос.с х х х сс х х о ах х *"5 И~ м я Я х Ф Осоо~ О 58 Х й Р~-: Зо~ "~8 Д цо Я о 41 112 Я ~оо ооБ М Д.О х О" 2 о й'- оооЛ~ о о й Ри -' о О. Б Фоа ~„ВОО о О ц 1 о" а к о,, й Ц о ь о. о о «~ й И о О й а~ д о 3,*' ,ОИ о о „а 1ф Ф Я $ О О о ф л3 о 'Я оц о. Ит2 а О Д О.
ооо д О й3р 2 л ахо о 1~ о.,Й ! !! Табл и ца 3.2 Диапазон частот, выделенный двя радара Буквенное обозначение Диапазон частот 3...30 МГц 30... 300 М Гц 138...144 МГц, 216...225 МГц Рог 300... 1 000 М Гц 1...2 ГГц 420... 450 М Гц, 890... 942 М Гц 1,215...1,400 ГГц 17ОГ 2,3,. 2,5 ГГц, 2,7 ...
3,7 ГГц 2...4 ГГц 4...8 ГГц 8...12 ГГц 5,25 ...5,925 ГГц 8,5 ...! 0,68 ГГц 13,4...14,0 ГГц, 15,7...17,7 ГГц 24,05 ... 24,25 ГГц !2...18 ГГц К 18...27 ГГц 33,4 ... 36,0 ГГц 76,0., 81,0 ГГц, 92,0...100,0 ГГц 27...40 ГГц 75...1!О ГГц ок = 4ягк где е — диэлектрическая постоянная воды. 113 Молекулярное поглощение в атмосфере происходит в основном на частотах, близких к резонансным, свойственным молекулам данного вещества. Резонансные линии всех газов атмосферы, за исключением кислорода и водяного пара, расположены вне диапазона радиоволн, поэтому существенное влияние на дальность действия РТС оказывает только поглощение молекулами кислорода и !юдяного пара.
Поглощение молекулами водяного нара имеет максимум на волне Х„= 1,35 см, а молекулами кислорода— на волнах 7ч, = 0,5 и 0,25 см. Таким образом, молекулярное поглощение существенно в сантиметровом и особенно в миллиметровом диапазонах, где оно является фактором, сильно ограничивающим дальность действия радиосистем, особенно радиолокационных, работающих по отраженным сигналам. Другой причиной, вызывающей потери энергии сигнала при распространении, является рассеяние, прежде всего дождевыми каплями и туманом.
Чем больше отношение радиуса капли г„к длине волны Х„, тем больше потери энергии за счет ее рассеяния во всех направлениях. Это рассеяние возрастает пропорционально четвертой степени частоты, поскольку ЭПР капли при 2яг, «Х„ определяется по формуле Если известны диаметр капель и их число на единицу объема, то можно определить величину коэффициента затухания ач В справочниках величина а, для дождя обычно указывается в зависимости от его интенсивности ! и длины волны 2 . В сантиметровом диапазоне коэффициент затухания изменяется приблизительно пропорционально квадрату частоты сигнала/ы Так, если на частоте / = 3 000 М Гц а, = 0,002 дБ/км при ! = 1 мм/ч, то на частоте /„' = 30 000 МГц при той же интенсивности дождя а, = О,) 8 дБ/км.
о, ав/км 20 10 0,5 0,1 0,05 0,01 0,3 0,5 0,7 2 3 4567ахм,см Рис. 3.4. Затухание радиоволн в атмосфере (7'= 20'С, р = 760 мм рт. ст.): ! — водвной пар; 2 — кислород; 3, 4, 5 — туман прн видимости соответственно 150, 60 н 30 и; 6 — слабый до:кдь (1 мм/ч); 7 — средний дождь (4 мм/ч); 8— сильный дождь (16 мм/ч) )!4 Ослабление в тумане прямо пропорционально концентрации воды в тумане. Ослабление градом и снегом значительно меньше, чем дождем или туманом, и их влиянием обычно пренебрегают. На рис.
3.4 представлены зависимости а, от длины волны Х„для водяного пара, кислорода, тумана и дождя различной интенсивности. Максимальная дальность действия РЛС с учетом затухания может быть найдена по формуле (3.14) Р = Р, кехр( — 0,5а,0 .к), если известна дальность действия в свободном пространстве Р, Это уравнение трансцендентно и его можно решать графически, представляя в логарифмической форме; !п(Р,»/Р,,„) = -0,5а,0„,„. После простых преобразований найдем с»»ак !П с»»ак 0 . Р а с»аа» = Рак 0„,„ Обозначим относительное уменьшение дальности ур — — Р„ак/0, и запишем уравнение в виде, удобном для графического представления: а,0, .„„= 2 — 1п — = 4,6 — 1я — .
(3.15) На рис. 3.5 приведена зависимость ур=/(а, Рс а,ак), позволяющая при заданных а, и О, „„найти ур, а следовательно, 0 „„=ур0, На рис. З.б представлены зависимости 0 „„= /(0, „) для значений а, от 0,01 до 10 дБ/км. 0,5 0,2 о,! 0,05 0,02 О,О! 2 4 10 20 60 100 200 ! 000 сс»рс»аа» Рис. 3.5. Зависимость тр=/(а,0, а„) 115 Вшах 1000 0 0,01 0,04 0,! 0,2 0,4 0,6 1 2 4 6 ю аоо 200 100 ао 20 ю 2 4 6 10 20 40 100 400 1000 Пс Рис. 3.6. Зависимости дальности действия РЛС с учетом затухания радио- волн в атмосфере от дальности действия в свободном пространстве ))6 Для определения а, в условиях дождя можно воспользоваться эмпирической зависимостью а., = О,ЗЫ, где и„— коэффициент затухания, дБ/км; 7 — интенсивность дождя, мм/ч; 2.„— длина волны, см. На волнах длиннее !О см влияние поглощения и рассеяния радиоволн незначительно и его в большинстве случаев можно не учитывать.
Влияние рефракции волн в атмосфере. Рефракцией (преломлением, искривлением) радиоволн называется отклонение распространения радиоволн от прямолинейного при прохождении ими среды с изменяющимися электрическими параметрами. Преломляющие свойства среды характеризуются коэффициентом преломления и„, определяемым ее диэлектрической проницаемостью е. Вместе с е коэффициент преломления и, =,/с в атмосфере изменяется с высотой Н, Как правило, это обусловлено изменением температуры и влажности воздуха. Скорость изменения п„с высотой характеризуется градиентом я„= дп„/дН, величина и знак которого характеризуют рефракцию. При е„= О рефракция отсутствует.
Если «„> О, то рефракция называется отрицательной и траектория радиоволны искривляется в сторону от поверхности Земли. При я„< О рефракция положительна и траектория радиоволны искривлена в сторону поверхности Земли, что приводит к огибанию ее радиоволной, увеличению дальности действия радиосистем и, в частности, дальности радиолокационного обнаружения кораблей и низколетящих ЛА. Для нормального состояния атмосферы я„= — 4 1О" м ', т.е.
рефракция положительна, что ведет к увеличению дальности радиогоризонта. Влияние нормальной рефракции учитывается кажущимся увеличением радиуса Земли в 4/3 раза, что равносильно увеличению дальности радиогоризонта («прямой радиовидимости») до Р„= 4,12( ~6„+,~Н„), где Р, выражена в километрах; л, и ̈́— в метрах. Радиус кривизны траектории радиоволны обратно пропорционален градиенту 8„, т.е. р„=-! /8„. При 8„=-1/Яз =-1,57 10-' м-' радиус кривизны траектории радиоволны равен радиусу Земли р„= Мз и радиоволна, направленная горизонтально, будет распространяться параллельно поверхности Земли, огибая ее.
Это случай критической рефракции, при котором возможно значительное увеличение дальности действия РЛС. При аномальных условиях в тропосфере (резкое увеличение давления, влажности, температуры) возможна и сверхрефракция, при которой радиус кривизны траектории радиоволны становится меньше радиуса Земли.
При этом в тропосфере возможно волноводное распространение радиоволн на большие расстояния, если антенна РЛС и объект находятся в пределах слоя тропосферы, образующего вол новодный канал. Влияние подстилающей поверхности. Кроме атмосферной рефракции огибание земной поверхности происходит в силу дифракции радиоволн. Однако в зоне тени (за горизонтом) напряженность радиоволн быстро падает из-за потерь в подстилающей поверхности, которые быстро растут с увеличением частоты радиосигнала. Поэтому только на волнах более ! 000 м поверхностная волна, т.е. волна, огибающая поверхность Земли, может обеспечить большую дальность действия системы (несколько сотен и даже тысяч километров).
В связи с этим в РНС дальнего действия используются волны длинноволнового и сверхдлинноволнового диапазонов. Затухание поверхностной волны зависит от диэлектрической постоянной е„и проводимости о„подстилающей поверхности. Для морской поверхности е„= 80, для песчаных или горных пустынь е„= 5; величина о„изменяется в пределах (0,000! ... 5) (Ом. м) '. С уменьшением проводимости почвы затухание резко увеличивается, поэтому наибольшая дальность действия обеспечивается при распространении радиоволн над морем, что существенно для морской радионавигации.
Влияние подстилающей поверхности сказывается не только на дальности действия РНС, но и на их точности, поскольку фазовая скорость распространения радиоволн также зависит от пара- 117 метров подстилающей поверхности. Создаются специальные карты поправок фазовой скорости в зависимости от параметров подстилающей поверхности, но поскольку эти параметры меняются в зависимости от времени года и суток и даже погоды, то полностью исключить погрешности местоопределения, вызванные изменением фазовой скорости распространения радиоволн, практически невозможно.
Однако их можно существенно уменьшить оперативным введением поправок. Влияние отражения радиоволн ионосферой. Радиоволны, достигающие приемной антенны после отражения ионосферой, называются пространственными. Пространственные волны могут обеспечить очень большую дальность действия, что и используется в связных системах коротковолнового (декаметрового диапазона). На пространственных волнах осуществляется также сверхдальнее радиолокационное обнаружение некоторых целей (ядерных взрывов и запуска ракет) с помощью отраженных целью сигналов, которые на трассе распространения испытывают одно или несколько отражений от ионосферы и поверхности Земли, Явление приема таких сигналов было открыто в 1947 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
