Лекция №3-4. Конспекты к слайдам (1186392)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Лекции 3 и 4

Вторичное излучение радиоволн

1. 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:

1. соотношения размеров объекта и длины волны;

2. от конфигурации объекта;

3. от характеристики движения как объекта в целом, так и отдельных его частей;

4. от модуляции зондирующего сигнала;

5. от поляризации зондирующего сигнала.

Различают два типа характеристик вторичного излучения:

1. электродинамические – характеристики, описывающие закономерности вторичного излучения;

2. 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

1. 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 S_ц и

- вторичной волны в точке приема S_пр

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 S_пр, и, следовательно, рассеивает мощность

P=4πr²S_пр.

Отношение этой мощности к плотности потока мощности первичной волны, имеющее размерность площади,

, (2.1)

называют эффективной поверхностью вторичного излучателя, или эффективной поверхностью (площадью) рассеяния (ЭПР).

Слайд 10

Выражая S_пр и S_ц через квадраты амплитуд соответствующих полей, выражение (2.1) можно представить также в виде:

. (2.2)

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

1. 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

, (3.1)

где амплитуда E_пр и фаза ψ определяются по правилу сложения колебаний, сдвинутых по фазе на угол

, (3.2)

то есть угол φ определяется задержкой по фазе, обусловленной величиной Δr.

Рисунок 2 – Пояснение к выводу соотношения для группового вторичного излучателя

Слайд 13

, (3.3)

. (3.4)

Тогда ЭПР таких излучателей

. (3.5)

Выражение (3.5) наглядно показывает, что ЭПР зависит от взаимного положения целей.

Можно определить максимальное и минимальное значения ЭПР:

. (3.6)

При равновероятных значениях угла сдвига фаз φ среднее значение

. (3.7)

Результат (3.7) имеет место и при равновероятных θ, но при l/λ>>1, тогда справедливо

. (3.8)

При σ₁=σ₂=σ₀ выражение (3.5) принимает следующий вид

. (3.9)

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

. (3.10)

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:

. (3.11)

Слайд 16

1. 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:

1. l<<λ (размер цели значительно меньше длины волны)

2. l~λ (размер цели сравним с длиной волны)

3. 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 Е_ц 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

, (4.1)

где С=ε₀·l²/l=l/(120πc) – емкость пластин, ω=2πc/λ, так что

. (4.2)

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 E_цl к сопротивлению:

. (4.3)

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.

Список файлов лекций