Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 100
Текст из файла (страница 100)
!1, 0.32, 7.21]. Об излучениях радиоаппаратуры см. разд. 6.4 и и разд. 13.3.3. 13.9.1. Законы излучения абсолютно-черного тела Модель абсолютно-черного тела. Абсолютно- черным телом (АЧТ) называют тело, поглошающее всю падающую на него электромагнитную энергию. Моделью АЧТ служит малое отверстие в непрозрачной внешней стенке резонатора.
Энергия, попавшая в нее, во внешнюю среду не возвращается. Резонатору свойственны различные типы собственных колебаний. В условиях термодинамического равновесия между ними происходит обмен энергией. Средняя обмениваемая энергия меяцб типами колебаний Эе = Э,р(/;Т) зависит от частоты/" и температуры Т согласно (!3.31). Среднее число типов колебаний на единипу частоты и/Я обосновывается ниже в равд. 13.9.2, см.
(13.96). Все это позволяет найти; ° объемную плотность энергии резонатора, приходящуюся на единицу спектра частот, в/= а/(/Т) =Эе(ьТ) и/Я ° плотности потока излучаемой мощности и/ и ил в расчете на единицу спектра частот 7 или длин волн 2, связанные соотношением / =с з2: и л= и/) А//а!й !=с и//Л~. Закон излучения Планка. Определяет плотности потока мощности и/, и л, излучаемой АЧТ. Введем ° очень малый интервал времени 50 ° скорость кванта света (фотона) с и ее составляющую с„, нормальную отверстию резонатора, со средним значением с„,р= с2, см. (13.97); ° прилегающий к отверстию резонатора тонкий слой единичной площади толщиной (с„/2)Ьг.
В режиме термодинамического равновесия половина энергии слоя (с/2)бзе/ с единичной площадью толщиной (с/2)5! возвращается вглубь резонатора, половина излучается наружу. Поверхностно-частотная плотность потока излучаемой мощности составит и/ = (1/2)[(с/2) Ьз)а// Ьт сеЩТ)/4. Величины и/ и ил, для краткости называемые спектразьнылш пютнастяии излучения АЧТ, находятся после подстановки значения в /(7, Т): са/(/ Т) 2л~/ ! ( ) 4 2 ИГ/2Т и) = — с ..
(13.93) с"/ г 2хь 2 [5 йс/)./сТ е 214 Законы Вина, Стефана-Больцмана н Редея-Джинса. Зависимости (13.92), (13.93) унимодальны. Приравняв нулю производную (13.93) по Х, находят длину волны максимального излучения = 2898!Т мкм (13.94) где Т- абсолютная температура (закон смещения Вина).
При Т=273 К, т.е. 0'С, значение Х =1О мкм. При Т= 2900 К, т.е. примерно при 2600'С значение Х смещается к 1 мкм. 1' На рис 1338 пока 1о ' Ф 3000'С !! ., 2000'С зан график зависимости (13.93) в Вт!м', иначе в 10' 1О !! .чзооо с (Вт!м')/мкм, Прослежи-,'1, Ь о.с вается смещение Вина, 1Оь .1:. имея в виду, что абсо- 3! лютная температура Т = 10' '1' Ъ = (273+Т'С)К.
)1 Проинпезрировав (13.93) 10о 3, по 2 или же (13.92) по /, -3: можно найти интеграль- 10 1' ную (по спектру) плотность потока излучения, что соответствует закону Рис. 13.38 Стефана — Бопьп1чана, установленному до закона Планка: ит =5,67Т Вт!м'. (13.95) Аппроксимации восходящей /'Ь/'»ЬТ, еж/"г»1) и нисходящей !'Ь/ «/сТ, еж/"т =1+6///гТ) частей кривой Планка соответствуют законам Вина и Релю Джинса (последний охватывает радиоизлучения). 13.9.2. Пояснения к выводу закона Планка Расчет числа типов собственнык колебаний резонатора на единицу полосы частот.
Пусть задан прямоугольный резонатор с размерами а = 1, Ь =1, о/ = 1. Его собственные частоты составляют / + /" + /' гдето'и =стз2,1; =св2, /,' =сЬ2; т, и,! — числа стоячих полуволн, укладывающихся вдоль сторон а,Ь, о/. Составляющие собственных частот /'„, /, /; рассматриваются как координаты точек декартовой системы, соответствующих собственным колебаниям резонатора. В расчете на различные поляризации поля считают, что число собственных колебаний вдвое больше, числа точек.
Обьемная плотность распределения собственных колебаний тогда составляет 2 (2./с)'=!бс с Все эти частоты попацают в один из 8 квадраитов системы координат !'„, Рз, /:, поскольку значения последних неотрицательны. Число типов колебаний оы приходящихся на единицу частоты /; соответствует произведению объемной плотности распределения/"„,7 ., /,' на объем, заключенный между двумя сферами радиуса / + /1/'/2 и / -/!//2 при /!/'=1 в квадранте /;г О., /' г О., /.и > О.: оу=пу(/) =1бс — 4я/' Ь/' = 8яс /' .
(13.96) -з 1 2 -3 2 8 Расчет среднего значения нормальной к отверстию АЧТ составляющей скорости фотонов. Последняя определяется как с„= сьйп О, где Π— угол между вектором скорости и плоскостью отверстия. После усреднения по элементам телесных углов Вп Одпрдб находят: зп Т с = с — !и/Сп !з1п зво/О = с. (1397) о о 13.9.3. Излучения реальных объектов пассивной локации Спектры излучения реальных тел (самолетов, вертолетов, ракет, и их боеголовок, ИСЗ, промышленных объектов) отличаются от сплошного спектра излучения АЧТ, поскольку включают линейчатые и паласовые элементы, обусловленные спецификой колебаний молекул и атомов.
После введения яркостных температур (см. разд. 13.3) излучения реальных объектов характеризуют однако эквивалентным излучением АЧТ. Излучения самолетов. Вызываются нагревом двигателей, а на сверхзвуковых скоростях также и обшивки самолета. При скоростях 1,5...3М температура обшнвок самолетов достигает до 330...600 К. Сачолвнпы с поршневыми двигателячи излучают в основном за счет выхлопных патрубков с температурой 500...1200 К и углеродных частиц выхлопных газов. Самолеты с турбореактивньгчи двигатслячи (ТРД) излучают в основном за счет деталей двигателей, натретых до 500...1000 К и частично газового факела. Наряду со сплошным спектром теплового излучения, возможны полосы излучения 2 = 4,3 и 2,3 мкм углекислого газа и паров воды.
Излучения сачолетов с прямоточными воздушно реактивнычи двигателячи (ПВРД) усилены за счет повышения температуры выходной трубы до 1700 К. Излучения самолетов с зпурбовентипятарнычи двигателями ослаблены за счет снижения температуры газов на выходе турбины. Излучения баллистических ракет. Обусловлены ° аэродинамическим нагревом (в воздушной среде наиболее существен); ° нагревом и ионизацией за счет работы ракетных двигателей, а также среды за счет формирования факела (на начальных участках полета ракеты); ° нагревом корпуса ракеты излучением солнца. Температуры обшивок ракет средней и большой дальности доходят в плотных слоях атмосферы до 3500...9000 К при температурах в камерах сгорания ракетных двигателей 1500...3500 К.
Излучения ИСЗ. Соответствуют малому нагреву ИСЗ за счет работающей аппаратуры и действия солнечной радиации. Тонкая оболочка ИСЗ охлаждается примерно до — 100 'С (173 К) иа теневой стороне Земли и нагревается до 150 'С (423 К) на освещенной. С утолщением оболочки разброс температур снижается. Излучения промышленных н других объектов. Связаны с работой энергетических установок: доменных и мартеновских печей, дымовых труб тепловых электростанций, кораблей и т.д.
Спектральный состав и пространственное распределение излучения специфичны для каждого из перечисленных случаев !0.11). 216 ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РРАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ 14. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОПТИМИЗАЦИИ 14.1. Общие сведения Теория оптимизации систем — важная составная часть современной системотехники. Относящийся к ней материал излагается в разд. 14 и 15, ее приложения развиваются в ряде последующих разделов. В разд. !4 приводятся краткие сведения из общей теории оптимизации (элементы теории операций).
Здесь обсуждаются показатели качества и несовершенства систем, критерии предпочтения, сопоставляются инженерные и математические методы оптимизации РЭС [1.61, 6.26, 6.27, 6.31, 6.36]. Приводятся краткие сведения по определению экстремумов функций, особенностям линейного и нелинейного программирования [0.22, 0.44, 6.61, 6.63, 6.64, 6.66], предназначенные для использования в последующих разделах Справочника.
В разд. ! 5 обсуждаются особенности статистической оптимизации (элементы теории решений), Необходимые для этого векторно-матричный аппарат поясняется в разд. 26, элементы теории вероятностей в разд. 27. 14.2. Показатели качества, критерии предпочтения и методы оптимизации РЭС 14.2.1. Блочные векторы показателей качества и несовершенства РЭС различного назначения характеризуют многими показателями качества. Можно выделить группы показателей качества РЭС [6.36]: ° достоверности принятия решений, точности оценивания параметров или воспроизведения информации; ° помехозащищенности и электромагнитной совместимости; ° пропускной способности, надежности, эргономической (человек-система) и экологической (система- природа) совместимости; ° массогабарнтности, технологичности, ремонтопригодности, стоимости, трудоемкости, готовности к производству, энергоемкости.
Специфическими паназатечяии качества РЭС военного назначения являются: ° вероятность выполнения боевой задачи (поражения цели, подавления РЭС противника и т.д.); ° оперативность свертывания, транспортирования и развертывания; ° живучесть, в том числе возможность использования в сложных климатических условиях, в условиях повышенной радиации, высокого воздушного напора, скрытность и т.д. Упорядоченная совокупность показателей образует вектор показателей качества 1с = [~ й, ]~, блоки которого соответствуют группам показателей качества.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
