Лекция №3-4. Конспекты к слайдам (1186392)
Текст из файла
Лекции 3 и 4
Вторичное излучение радиоволн
-
Явление вторичного излучения радиоволн
Явление вторичного излучения, лежащее в основе активной радиолокации, свойственно волнам любой природы. \
Оно возникает всякий раз, когда волна встречает препятствие на пути своего распространения.
Падающую на препятствие волну называют первичной, отраженную или рассеянную – вторичной, а препятствие – пассивным вторичным излучателем.
Препятствием для радиоволн служит любая неоднородность электрических параметров среды: диэлектрической и магнитной проницаемости, или проводимости.
Под действием электрического поля волны на облучаемой поверхности, например проводящей, возникают колебания электрических зарядов.
Наведенные при этом токи проводимости являются источником излучения вторичных электромагнитных волн.
В диэлектрике таким же источником являются токи смещения.
Слайд 4
Характер вторичного излучения зависит от:
-
соотношения размеров объекта и длины волны;
-
от конфигурации объекта;
-
от характеристики движения как объекта в целом, так и отдельных его частей;
-
от модуляции зондирующего сигнала;
-
от поляризации зондирующего сигнала.
Различают два типа характеристик вторичного излучения:
-
электродинамические – характеристики, описывающие закономерности вторичного излучения;
-
статистические – влияют на статистическую оценку предельной дальности действия радиолокатора, точности измерения координат и параметров движения цели.
Слайд 5
Различают:
- сосредоточенные вторичные излучатели, элементы которых не разрешаются радиолокационной станцией (самолет, мина), и
- распределенные вторичные излучатели, занимающие в пространстве несколько разрешаемых объемов (облака, горы, стая птиц).
Из класса сосредоточенных излучателей выделяют одиночные и групповые.
Групповой вторичный излучатель состоит из ряда независимых одиночных.
Так, группа самолетов в пределах разрешаемого объема — групповой излучатель, в то время как каждый самолет — одиночный либо групповой, если его составные части рассматриваются как одиночные излучатели.
Мощность вторичной волны зависит как от мощности первичной волны, так и от характеристик излучателя, которые не зависят от мощности падающей на него волны.
Слайд 6
Важнейшей такой характеристикой является ЭПР – эффективная площадь рассеяния (площадь поверхности такого эквивалентного вторичного отражателя, который равномерно рассеивает всю падающую на него энергию и создает в точке приема такую же плотность потока энергии, что и реальная цель).
Слайд 7
-
ЭПР сосредоточенного вторичного излучателя
Слайд 8
Пусть в свободном пространстве расположены передатчик, облучаемая цель и приемник радиолокатора (рисунок 1, а).
Рисунок 1 – Диаграмма направленности
вторичного излучения (а) и обратного вторичного излучения (б)
Расстояние от цели до приемника равно r.
Плотности потоков мощности
- первичной волны у цели Sц и
- вторичной волны в точке приема Sпр
для заданной поляризации приемной антенны считаются известными.
Слайд 9
Заменим цель воображаемым ненаправленным вторичным излучателем, который создает на всей сфере радиуса r плотность потока мощности, равную Sпр, и, следовательно, рассеивает мощность
P=4πr2Sпр.
Отношение этой мощности к плотности потока мощности первичной волны, имеющее размерность площади,
называют эффективной поверхностью вторичного излучателя, или эффективной поверхностью (площадью) рассеяния (ЭПР).
Слайд 10
Выражая Sпр и Sц через квадраты амплитуд соответствующих полей, выражение (2.1) можно представить также в виде:
Таким образом, величина ЭПР в общем случае зависит от ориентации цели относительно передатчика и приемника РЛС.
Пусть цель поворачивается в плоскости, проходящей через точки приема и передачи. Тогда:
- для разнесенной РЛС рисунок 1, σ=σ(θ1, θ),
где θ1 и θ – углы поворота цели относительно направлений на передатчик и приемник.
- для совмещенной РЛС (рисунок 1, б) θ1=θ и σ=σ(θ).
В общем случае изменения ориентации цели в пространстве, а не только в плоскости, эффективная поверхность вторичного излучения
- для совмещенной РЛС есть функция двух углов σ=σ(ε, β),
- для разнесенной РЛС σ=σ(ε1, ε, β1, β) – функция четырех углов.
Слайд 11
-
ЭПР группового вторичного излучателя
Слайд 12
Рассмотрим групповой вторичный излучатель, состоящий из двух одиночных (рисунок. 2).
Обозначим расстояние между ними l, расстояния до РЛС r1, r2
а соответствующие запаздывания во времени t1=2r1/c, t2=2r2/c.
Считаем, что одиночные излучатели не влияют друг на друга.
Поскольку излучатели не разрешаются, колебания от одного накладываются на колебания другого.
При этом поле обратного вторичного излучения в точке приема равно
где амплитуда Eпр и фаза ψ определяются по правилу сложения колебаний, сдвинутых по фазе на угол
то есть угол φ определяется задержкой по фазе, обусловленной величиной Δr.
Рисунок 2 – Пояснение к выводу соотношения для группового вторичного излучателя
Слайд 13
Тогда ЭПР таких излучателей
Выражение (3.5) наглядно показывает, что ЭПР зависит от взаимного положения целей.
Можно определить максимальное и минимальное значения ЭПР:
При равновероятных значениях угла сдвига фаз φ среднее значение
Результат (3.7) имеет место и при равновероятных θ, но при l/λ>>1, тогда справедливо
При σ1=σ2=σ0 выражение (3.5) принимает следующий вид
Слайд 14
На рисунке 3 приведена диаграмма обратного вторичного излучения, полученная в соответствии уравнением (3.9).
Рисунок 3 – Полярная диаграмма σ(θ)/σ0
Слайд 15
При увеличении отношения l/λ количество максимумов будет расти.
Если групповой излучатель состоит из n одиночных излучателей, то
Из (3.10) видно, что групповые цели в зависимости от их углового положения относительно линии визирования могут давать значительные колебания мощности отраженных сигналов.
Эти колебания происходят вокруг среднего уровня, пропорционального среднему значению ЭПР при некогерентном сложении:
Слайд 16
-
Вторичное излучение при разных соотношениях размеров цели и длины волны
В общем случае расчет ЭПР сосредоточенных вторичных излучателей сводится к решению двух задач.
Первая задача, наиболее сложная, состоит в отыскании наведенных токов по заданному полю первичной волны.
Вторая задача – нахождение поля вторичного излучения в точке приема по найденному распределению наведенных токов.
Зачастую решение этих задач электродинамики достаточно трудоемко, поэтому прибегают к так называемым приближенным методам.
Слайд 17
Они хорошо работают в трех характерных областях:
-
l<<λ (размер цели значительно меньше длины волны)
-
l~λ (размер цели сравним с длиной волны)
-
l>>λ (размер цели значительно больше длины волны)
Далее подробно рассмотрим три этих случая.
Слайд 18
4.1 ЭПР тел, малых по сравнению с длиной волны
Для тел, меньших по сравнению с длиной волны, основные закономерности вторичного излучения можно выяснить на простейшей электродинамической модели в виде тонкого провода с пластинками на концах (рисунок 4, a).
Слайд 19
Длина провода и стороны пластинок l<<λ, провод ориентирован вдоль вектора электрического поля Ец первичной волны.
Применимость этой модели к рассматриваемому случаю основана на том, что при l<<λ, независимо от формы и ориентации тела, наведенный ток возбуждается в фазе на всей его поверхности и замыкается током смещения через окружающее пространство.
При этом величина наведенного тока ограничивается, главным образом, электрическим полем зарядов, образующихся на концах тела (рисунок 4, б), или иначе – емкостным сопротивлением между ними.
Введенная модель как раз и учитывает это явление.
Слайд 20
Она представляет собой электрический вибратор с действующей высотой l и сопротивлением емкостного характера
где С=ε0·l2/l=l/(120πc) – емкость пластин, ω=2πc/λ, так что
Рисунок 4 – Простейшая электродинамическая модель (а) и распределение наведенных токов и зарядов (б) для тел, малых по сравнению с длиной волны
Слайд 21
Если рассматривать вибратор как приемную антенну, то ток в проводе равен отношению наведенной ЭДС Eцl к сопротивлению:
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.