Куприянов А.И., Сахаров А.В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы (2007) (1186259), страница 46
Текст из файла (страница 46)
в фазе с прихолящим на плазменное облако сигналом. Если плотность частиц (электронов, ионов, нейтральных молекул газов) в зоне взаимодействия невелика и амплитуда колебаний электронов много меньше расстояния между частицами. столкновения происходят редко, колеблющиеся элекзроны не теряют энергию и, следовательно, не происходит поглощения энергии электромагнитного поля в среде распространения. Эффект поглощения становится заметным, когда частота столкновений возрастает настолько, что значительная часть энергии колеблющихся электронов в результате столкновений преобразуется в кинетическую энергию других частиц, т.
е. в тепло. Можно считать, что электрон, движугцийся со скоростью сгх(г) гй при каждом столкновении массивной частицей передает ей свой импульс тк При среднем числе соуларений г, учитывая изменение импульса за счет взаимодействия частиц в плазме, уравнение (12.16) нужно переписать в виде Неоднородности, в которых преломляются, поглошанзтся и от которых отражаются электромагнитные волны, могут создаваться не только макроскопическими объектами вроде облаков липольных отражателей.
Аналогичные эффекты наблюдаются при взаимодействии электромагнитной волны с ионизованной газовой средой, в которой срелнее расстояние между заряженными частицами меньше ллины волны. Поэтому модификация среды на трассе распространения сигнала, предусматривающая искусственное создание плазменных образований, может использоваться для радиомаскировки [2, 3].
Движение электрона в электрическом поле описывается вторым законом Ньютона: зй.З. Москироока согнали ноазыенныза образования.ии 255 т ~ ) — ту ) = — еЕ(г)) ,(г~ " ~г (12.17) Движение электронов — это ток проводимости, величина которого пропорциональна скорости этого движения зи плотности электронов с(х(г) о ( а электрическое поле вызывает появление тока смешения, пропорциос(Е !г) нального Š— —. Поскольку плотность полного тока зр = з + з связаззг и с на с электрическим полем соотношением, входящим в систему уравнений Максвелла, 1 з(Е(г) зд =Е— 4тс с(г (12.
18) где е — диэлектрическая проницаемость срелы. Из (12.17) и (12.!8) можно найти, что е является комплексной величиной е~Ф, е Юу 4л е=1 — н.у =е-у — о, (12!9) т(в~-ьу ) тв(в'+у ) где о — проводимость ионизованной среды. Комплексный коэффициент преломления атмосферных неоднородностей равен п=,~ер =~й =и-Я) — ', (12. 20) в где б — коэффициент поглощения на единицу длины нуги в среде рас- пространения, Из (12.20) н (12.19) следует, что 4яез зн' п= !в т(в~ -не~) (! 2.21) 2яе' гт'у спгп(хв +у~) Как видно из (12.21), зависимости коэффициента преломления и и коэффициента поглощения б от частоты имеют резонансные свойства, которые проявляются при в = и. Но нри реально достижимых концентрациях заряженных частиц для рабочих частот большинства РЭС в» и.
256 глава ГЛ Масяирусои~ие воздеисевия на среду раснросгнранения сигналов Учитывая это соображение и подставляя в (12.21) значения констант, можно полу шть ф и = 1-80,8 — ',; ' /'2' (12. 22) ))ц0,15 10 '" —,, л/'2 где/ — - частота в герцах; Ю вЂ” концентрация электронов — среднее количество электронов в одном кубическом метре объема ионизированного газа. Критическая частота, при которой наступает полное внутреннее отражение (полное экранирование приемников от передатчиков), соответствует условию я = О, т. е. /;р — 8,98 /Л', (12.23) Иначе ~оворя, концентрация электронов, при которой прямая передача сигнала через плазменное облако уже невозможна, должна быть гу ы 0,012/с (12. 24) Так, лля волны ).
= 3 см оказывается, что Ю - 1О'" м з. Это очень высокая степень ионизации. Уже при гу = 10'~...10м ионизация обнаруживается визуально, как свечение газа. Обычно считается (2), что мощность источника ионизации (генератора электронов и ионов) пропорциональна квадрату его производительности: / =агу . (12.
25) гле ц — размерный показатель интенсивности рекомбинаций электронов. У поверхности Земли а = 1О'" м'/электронов с. При М = 10'" 1/мз и ц = 10 ~ м'/электронов с мощность источника должна составлять / = 10зо электронов/мз с. Иными словами, для создания ионизованной области с концентрацией Ф = 10м электронов в 1 мз источник ионизации должен в одну секунду генерировать 10зо электронов в том же кубометре. Как видно из (12.22), коэффициент поглощения радиоволны прямо пропорционален концентрации электронов и частоте их столкновений, а также обрапно пропроционален коэффициенту преломления и квадрату частоты.
Но частота соударений пропорциональна плотности воздуха, т, е. меняется с высотой и с изменением метеорологических условий. Поэтому всегда имеется высотный слой, на котором затухание сигнала макси- малько. В естественных, нормальных условиях затухание максимально в 12.3. Хтоскироака сигнала нлалиенними ооралоаанинии 257 полосе шириной примерно 16 километров около высоты 72 км. Частота соударений на этой высоте примерно равна 10 с '. В настоящее время разработаны, исследованы и могут применяться разные методы создания искусственных плазмообразований в атмосфере. Ионизацию атмосферных газов с образованием свободных электронов можно получить в результате реакций термического или взрывного типа.
Так, работающие на большой высоте ракетныс двигатели могут генерировать довольно горячую плазму с высокой концентрацией заряженных частиц. Особенно если в топливную композицию добавить легкоионизуемые вещества (легкие металлы и некоторые их соединения). В результате сгорания топлива образуется большое количество свободных электронов и пары металлов, Под влиянием солнечного света на высоте проведения реакции нейтральные молекулы металлов подвергаются фотоионизации, увеличивая продолжительность жизни плазменного облака. В качестве иопизующих добавок к топливам могут использоваться алюминий с нитратами калия или цезия. Пары этих металлов илгсют потенциал ионизации всего 3...5 эВ.
Недостатками таких методов формирования ионизированных образований является низкая эффективность преобразования вещества в ионы, а также ограничения по высоте (не менее 100 км над поверхностью Земли) формирования облака. На меньших высотах можно сформировать ионизированные облака за счет распыления из сопла ракетного двигателя микросфер, покрытых аблирующим материалом (гидратами лития или натрия). Аблирующее покрытие уносится струей горячего газа и под действием фотонов солнечного излучения подвергается фотоионизации, образуя положительно заряженные ионы металлов и свободные электроны. Расчеты и эксперименты показывают высокие значения КПД такого метода: из каждого килограмма гидрата лития 1лН получается 875 г ионизованного элементарного лития и -12 1Озз свободных электронов. При распределении этого количества электронов в объеме около 100 мз (это объем газового облака из сопла небольшого ракетного двигателя) можно создать электронную концентрацию М вЂ” 10'~.
Такой метод создания плазменных облаков может применяться на высотах порядка 15...60 км. Но все-таки время жизни ионизованных облаков, сформированных вследствие взрыва или термических реакций, мало из-за диффузии, рекомбинации, прилипания заряженных частиц. На эффективность ионных образований, создаваемых посредством рассеяния частиц химических веществ и последующей фотоионизации, сильно влияет влажность воздуха. Сами вещества небеюпасны в обращении, хранении; имеют немалую стоимость. 258 Банна !Д Часнорунниое еоздеостния на среду распространения согнияоо Принципиально другие механизмы ионизации атмосферных газов основаны на использовании лазерного излучения.
Взаимодействуя с веществом, лазерный луч способен ионизировать атомы газов на куги распространения. Но чем больше степень ионизации, тем больше поглощение и рассеяние самого луча. Высокие уровни ионизации приводят к поглощению энергии и делают след существенно непрозрачным для лазерного луча. Степень ионизации, обусловленная лазерным лучом при формировании исходного следа (ннизкая»), может составить при нормальном атмосферном давлении 10'4...10зо ионов в ! мз, Концентрация ионов в лазерном слеле, повышенная за счет дополнительного разряда, может составить 1О'4 ионов!мз. Самый мощный источник ионизации атмосферных газов — ядерный взрыв [2!.
Взрывы на высотах ниже 16 км не вызывают продолжительной и устойчивой ионизации. Поэтому они не оказывают существенного влияния на условия распространения радиоволн. Области сильного поглощения и отражения могут образовываться при наземных взрывах. Но они связаны не с ионизацией, а с выбросом в атмосферу большого количества пыли, водяного пара и аэрозолей, При взрывах на больших высотах порядка 40...50 км образуются устойчивые области с невысокой концентрацией электронов Ю вЂ” (10'н...!Оз') ионов)ма.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
