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

Текст из файла (страница 3)

- потери в антенной системе

- потери в волноводах и других линиях коммутации;

- потери в приемо-передающем тракте;

- потери, связанные со сканированием пространства в режиме обзора, и

- потери на обработку принятого сигнала (более подробно они будут рассмотрены в следующих разделах).

Данный вид потерь учитывается, как правило, некоторым суммарным коэффициентом потерь K_ПΣ, который вводят в основное уравнение радиолокации:

(38)

Основным видом потерь, связанным с условиями функционирования РЛС, являются потери на поглощение и рассеяние радиоволн в атмосфере.

Данный вид потерь существенно влияет на характеристики РЛС в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн, поэтому их мы рассмотрим более подробно.

Слайд 24

Ослабление радиоволн в тропосфере (поглощение и рассеяние).

Тропосферой называют нижнюю часть атмосферы, расположенную непосредственно над поверхностью Земли и про­стирающуюся до высоты

8—10 км — в полярных широтах,

до 10— 12 км — в умеренных и

до 16—18 км — в тропиках.

По всей своей высоте тропосфера имеет постоянный относительный состав вхо­дящих в нее газов, такой же, как у поверхности Земли.

Исклю­чение составляет содержание водяных паров, которое сильно за­висит от метеорологических условий и резко уменьшается с вы­сотой.

Важнейшим свойством тропосферы является убывание темпе­ратуры c высотой и ее верхняя гра­ница определяется по прекращению падения темпе­ратуры.

Причиной постепенного убывания температуры воздуха с высотой является то, что тропосфера почти прозрачна для солнечных лучей и, пропуская эти лучи, практически не на­гревается.

Основной поток солнечной энергии поглощается поверх­ностью Земли.

Нагретая поверхность Земли, в свою очередь, является источником тепловой радиации, которая прогревает тропосферу снизу вверх.

Несмотря на малую высоту тропосферы, в ней сосредоточено более 4/5 всей массы воздуха.

Среднее давление атмосферы

- у поверхности Земли составляет 1014 мбар,

- на высоте 5 км она уменьшается почти в два раза, достигая 538 мбар,

- а на высоте 11 км падает до 225 мбар.

На высоте 17 км (верхняя граница тро­посферы в тропиках) давление атмосферы составляет всего 90 мбар.

Содержащиеся в тропосфере водяные пары создаются благо­даря испарению влаги (также под действием солнечной радиации) с поверхности океанов, морей и водоемов.

Тропосфера над океа­ном поэтому является более влажной, чем над пустынями.

При этом содержание водяного пара быстро уменьшается с вы­сотой.

Так на высоте 1,5 км количество водяного пара в воздухе почти в два раза, а у верхней границы тропосферы — в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли.

В тропосфере имеет место ослабление радиоволн.

Однако практическое значение ослабление приобре­тает лишь в диапазоне сантиметровых и более коротких волн.

Ослабление радиоволн в тропосфере обусловлено двумя причинами — поглощением, т. е. пре­вращением электромагнитной энергии в тепловую, и рас­сеянием гидрометеорами.

Поглощение радиоволн происходит в газах тропосферы — кислороде и водяном паре, а также в гидрометеорах (каплях воды, частицах льда).

Электромагнитные волны рассеиваются как молекулами воздуха, так и гидрометеорами, а интенсивность рассеяния существенно зависит от длины волны и размеров частиц.

Молекулы воздуха ничтожно мало рассеивают даже наиболее короткие радиоволны, поэтому практически ощутимым является лишь рассеяние радиоволн гидрометеорами.

Рассеяние электромагнитной волны частицей происходит в разные стороны, и это приводит к ослаблению первичной волны в направлении ее распространения.

Поглощение радиоволн газами тропосферы является избирательным, резонансным и обусловлено молекулярной структурой этих газов.

Поглощение и рассеяние радиоволн гидрометеорами не является избирательным.

Количественные данные здесь могут быть получены в результате решения элек­тродинамической задачи о дифракции радиоволн на от­дельной частице.

Слайд 25

Дисперсия и поглощение радиоволн в газах тропосферы.

Как известно, дисперсией называется явление зави­симости диэлектрической проницаемости от частоты.

Дисперсия и поглощение электромагнитных волн веще­ством — взаимозависимые явления.

Дисперсия и связан­ное с ней поглощение наблюдается при достаточно вы­соких частотах.

При быстропеременных полях поляризация вещества «не успевает» следовать за изменениями электромагнит­ного поля.

Значения вектора электрической индукции D в некоторый момент времени не определяется значением вектора напряженности электрического поля Е в тот же момент времени, а зависит, вообще говоря, от значения Е в предыдущие моменты времени.

Это означает, что при гармоническом изменении поля во времени между векторами D и Е появляется сдвиг по фазе.

Это приводит к тому, что в быстропеременных полях при частотах, сравнимых с собственными частотами тех молекулярных колебаний, с которыми связано возникновение электриче­ской поляризации вещества, диэлектрическая проницае­мость становится комплексной величиной, зависящей от частоты:

. (39)

Рассмотрим распространение широкополосного сигнала в среде с дисперсией.

Любой излучаемый радиоимпульс может быть представлен в виде суммы независимых друг от друга гармонических плоских волн.

Такое приближение допустимо в предположении, что расстояние от источника излучения до приемника велико по сравнению с размерами антенны.

Пусть широкополосный радиоимпульс произвольной формы и длительности U₀(t) распространяется в направлении z>0: .

Слайд 26

Данный сигнал будем рассматривать как суперпозицию плоских гармонических волн:

, (40)

где .

В этом случае решение волнового уравнения может быть представлено в следующем виде:

, (41)

где – волновое число.

Когда в среде, где распространяется волна, дисперсии нет, то k не зависит от z и , где с – скорость света в вакууме.

Слайд 27

Тогда выражение (41) можно представить в виде:

, (42)

где .

Отсюда следует, что все волны приходят в точку z одновременно с запаздыванием без изменения и, следовательно, в точке z после интерференции волн получим исходный сигнал с запаздыванием .

Если дисперсия в среде не равна нулю, волновое число – комплексная величина, зависящая от ω_k и z:

.

Слайд 28

В этом случае уравнение (41) имеет вид:

. (43)

Таким образом, согласно формуле (43), преобразование широкополосного радиоимпульса на атмосферной трассе происходит за счет двух факторов:

- ослабления каждой спектральной составляющей при прохождении через атмосферу и

- изменения ее фазы.

При этом оба фактора зависят от частоты ω_k и метеорологических параметров атмосферы.

Следовательно, преобразование широкополосного излучения происходит благодаря интерференции независимых гармонических составляющих, ослабленных атмосферой и приходящих в точку приема с разной фазовой скоростью.

Слайд 29

Поглощение радиоволн в тропосфере начинает сказы­ваться на волнах <2 см, хотя на больших расстояниях, в несколько сот километров, оно становится заметным на волне 3 см и даже на волне 10 см.

Поглощение в газах тропосферы является резонансным.

На рис.8 приведена кривая поглощения радиоволн в кислороде и парах воды. Вид­но, что для кислорода имеются две резонансные линии — на волне  = 0,5 см (коэффициент ослабления равен 14 дБ/км) и на волне =0,25 см (коэффициент ослабления равен 3,5 дБ/км).

В парах воды резонансное погло­щение имеет место при длине волны  = 1,35 см.

Зависимость поглощения от удельной влажно­сти линейная; чем больше удельная влажность, тем боль­ше поглощение.

Поглощение радиоволн газами тропосферы состоит из суммы парциальных поглощений в каждом из газов — кислороде и парах воды. Поглощение радиоволн газами тропосферы на длинах волн короче 1 мм настолько вели­ко, что последние могут быть использованы для радио­передачи лишь на весьма короткие расстояния.

Рис.8. Кривые коэффициента ослабления в кислороде и водяном паре.

Однако по мере укорочения длины волны с переходом к оптическим волнам атмосфера становится снова «про­зрачной».

Это связано с тем, что в диапазоне оптических волн резонансное поглощение отсутствует, т.к. линии поглощения, обусловленные молекулярными уровнями энергии, расположены в диапазоне миллиметровых волн, а линии поглощения, обусловленные атомарными уровнями энергии, лежат в диапазонах волн короче оптических.

Слайд 30

Характеристики

Список файлов лекций