книги из ГПНТБ / Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ

рой содержит последовательно включенное Z\ и параллельно включенное Z2 сопротивления. По расположению этих сопро­ тивлений на схеме фильтры делятся на Г-образные, Т-образние, П-образные (рис. 17).

Все сопротивления звеньев должны быть реактивными и иметь высокую добротность, чтобы фильтр как можно меньше ослаблял сигнал в полосе пропускания.

Основными показателями фильтров являются затухание и частотная характеристика.

Затухание р определяет степень уменьшения напряжения от

входа U к выходу Unh. Измеряется	оно в неперах или деци­
белах и может быть определено по формулам:
Р(неп) = In	(51)
Р (децибел) = 20 Ig	(52)

Частотная характеристика выражает зависимость затухания р от частоты и входного напряжения, т. е. р=/(ш).

Частотные характеристики различных фильтров представле­ ны на рис. 18.

На рис. 19 представлены примеры исполнения схем различ­ ных цепочечных фильтров.

Г л а в а 2

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ, ПРИНЦИПЫ РАДИОСВЯЗИ И РАДИОЛОКАЦИИ

§ 1. Понятие об электромагнитных волнах

Электромагнитные волны представляют собой распростра­ няющееся в пространстве переменное электромагнитное

поле.

К электромагнитным волнам относятся радиоволны, исполь­ зуемые для радиосвязи и радиолокации, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи, гам­ ма-лучи и т. д. Все они отличаются друг от друга частотой ко­ лебаний (длиной волны) и способом их получения.

Электромагнитное поле является совокупностью двух взаимо­ связанных переменных полей: электрического и магнитного. Ос­ новные свойства его следующие:

—электромагнитное поле образуется вследствие перемеще­ ния электрических зарядов в проводниках или в связанном с ними пространстве;

—всякое изменение движения зарядов (тока) связано с из­ менением электрического поля и приводит к появлению и изме­ нению неразрывно связанного с ним переменного магнитного поля; наоборот, всякое изменение магнитного поля вызывает по­ явление переменного электрического поля.

Периодическое изменение направления и величины электро­ магнитного поля имеет волновой характер, поэтому оно и было названо электромагнитной волной. В процессе распространения электромагнитная волна переносит электромагнитную энергию источника.

Электромагнитные волны характеризуются периодом и ча­

стотой колебаний,	длиной волны	и скоростью	распростра­
нения.	и радиолокации	используются	радиоволны,
В радиотехнике

представляющие собой электромагнитные волны длиной от не-, скольких миллиметров до десятков километров.

31

Диапазон сантиметровых и дециметровых волн называют ра­ диоволнами сверхвысоких частот (СВЧ).

В однородной среде радиоволны распространяются во все стороны от источника с постоянной скоростью. Энергия радио­ волн при этом рассеивается и поглощается средой.

Явление рассеивания состоит в том, что энергия излученной радиоволны распространяется во все стороны и по мере удале­ ния от источника распределяется на все большее пространство. Поэтому с увеличением дальности распространения количество энергии, приходящейся на единицу площади, уменьшается.

Потерн энергии на поглощение возрастают с увеличением частоты колебаний радиоволн, т. е. более короткие волны погло­ щаются интенсивнее.

Встречая на своем пути препятствия в виде различных объ­ ектов или сред с другими магнитными и электрическими свойст­

вами, радиоволны отражаются и преломляются или	огибают
их.	неодно­
Среда, в которой распространяются радиоволны,

родна. Ее температура и плотность, а следовательно, и диэлек­ трическая проницаемость изменяются по мере увеличения вы­ соты над земной поверхностью. Поэтому распространение радио­ волн происходит не прямолинейно, а с некоторым преломлением при переходе из участка среды с одними параметрами в участок с другими параметрами. Такое искривление траектории радио­ волн, вызванное изменяющейся диэлектрической проницаемо­ стью среды, называется рефракцией (рис. 20, а). Кривизна тра­ ектории зависит от степени неоднородности среды: чем резче изменяются электрические свойства среды, тем больше кривизна траектории.

Явление рефракции расширяет горизонт наблюдения радио­ локационной станции по сравнению с оптической видимостью. На рис. 20, а пунктирной линией показана оптическая види­ мость, а сплошной — дальность обнаружения радиолокационной станции.

При распространении радиоволн вдоль земной поверхности происходит дифракция — огибание радиоволнами местных пред­ метов. Дифракция наблюдается и при прохождении радиоволн через отверстия и при огибании краев препятствия. Дифракция приводит не только к отклонению пути распространения радио­ волн, но и к изменению амплитудных и фазовых соотношений. Способность к дифракции уменьшается с повышением частоты

(рис. 20, б).

В результате отражения в одну и ту же точку пространства

радиоволны могут прийти	различными	путями,	в этой	точке
произойдет сложение этих	волн — интерференция.		Так,	в точ­
ку А (рис. 20, в) радиоволны придут по		траектории 1		или 2.

В результате интерференции происходит усиление или ослабле­ ние электромагнитного поля в этой точке.

32

Радиоволны, распространяющиеся в непосредственной бли­ зости от поверхности земли и частично огибающие ее выпук­ лость вследствие явления дифракции, называются поверхност­ ными волнами.

Распространение радиоволн на большие расстояния объяс­ няется отражением радиоволн от ионизированных слоев воздуха

ракция никакой роли не игра­ ет и распространение радио­ волн подчиняется обычным за-

Рис. 20. Траектории распространен	Рис. 21. Способы распространения
ния радиоволн	радиоволн

многократного отражения от ионосферы и от поверхности земли. Радиоволны, распространяющиеся в результате однократного или многократного отражения от ионосферы (рис. 21, б) или пронизывающие ее (рис. 21, в), называются пространственными волнами.

Длинные и средние радиоволны подвержены сильному пре­ ломлению и дифракции, вследствие чего они распространяются только поверхностным лучом, огибая землю. Этот диапазон ис­ пользуется для радиосвязи, причем дальность их распростране­ ния возрастает с увеличением длины волны.

На коротких волнах радиосвязь	осуществляется на ближай­
шие расстояния поверхностными,	а на дальние (более 50—
100 км) пространственными волнами.
2—8р	33

Ультракороткие волны практически не подвергаются пре­ ломлению п дифракции п распространяются в пространстве пря­ молинейно.

Поскольку ультракороткие волны свободно проходят через ионосферу, не отражаясь, используют только поверхностные волны (рис. 21, е), которые хорошо отражаются от земной, вод­ ной поверхности и различных объектов. Эти свойства выража­ ются тем резче, чем короче волна, но с укорочением волны зна­ чительно возрастает поглощение ее энергии средой.

Прямолинейность распространения и способность хорошо от­ ражаться от различных объектов позволили использовать уль­ тракороткие волны в радиолокации для обнаружения целей н определения их координат.

Кроме того, они применяются для связи на короткие рас­ стояния.

§ 2. Принципы радиолокации

Радиолокацией называется область радиоэлектроники, ис­ пользующая электромагнитные колебания для получения инфор­ мации о распределении целей в пространстве и их текущих коор­ динатах.

Под радиолокационными целями или просто целями следует понимать любые объекты, электрические параметры которых отличаются от параметров окружающей их среды. Положение цели в пространстве определяют направление и дальность до нее, которые измеряются радиолокационной станцией (РЛС). В основе действия РЛС лежат три особенности распространения ультракоротких волн: прямолинейность, постоянство скорости и способность отражаться от различных объектов.

Радиолокационные станции различают по принципу дейст­ вия, месту установки, степени автоматизации, назначению, прин­ ципу действия.

По с п о с о б у в ы п о л н е н и я :

—активные (рис. 22), у которых получение координат цели достигается путем облучения ее и приема отраженной от нее энергии;

—активные (рис. 23) с активным ответом, дающие возмож­ ность опознать цель, т. е. выяснить ее принадлежность;

—полуактивные (рис. 24), когда передатчик и приемник РЛС не сосредоточены в одном месте, а разнесены на большое расстояние;

—пассивные (рис. 25), использующие электромагнитную энергию, излучаемую целью.

По ме с т у у с т а н о в к и :

—наземные;

—корабельные;

—воздушные;

—береговые.

34

		З а п р о с ч и к			Цель
	Синхронизатор -	Передат чик к	— -*■—	н	Прием ник
					Ответчик
	Выходное	Прием ник —(н	-----s	Р)—	Передатчик
	устройстбо

Рис. 23. Блок-схема активной РЛС с ответом

Рис. 24. Схема полуактивной РЛС	Рис. 25.	Принцип
	работы	пассивной

РЛС

2*

35

П о с т е п е н и а в т о м а т и з а ц и и :	информации о	коорди­
— неавтоматические — получателем
натах цели является оператор;	цели поступает	в соот­
— автоматические — информация о

ветствующие машины для последующей обработки. По н а з н а ч е н и ю :

— РЛС обнаружения целей;

— РЛС управления оружием;

— РЛС навигационные;

— РЛС помех.

По п р и н ц и п у д е й с т в н я:

— непрерывного излучения;

— импульсные станции.

Рис. 26. Форма импульсов излучаемой электромагнитной энергии

Для определения направления на цель в РЛС используется направленное излучение, а для определения дальности учиты­

вается время прохождения электромагнитной	энергии	до цели
и обратно.
Для создания направленного излучения необходимо, чтобы
размеры антенны были соизмеримы с длиной	волны,	поэтому

для радиолокации используются только ультракороткие волны. Дальность до цели измеряется по времени, необходимому для прохождения э. м. волны от РЛС до цели и обратно.

В импульсных РЛС электромагнитная энергия излучается импульсами через промежутки времени, называемые паузами (рис. 26). Это позволяет определить время между моментом излучения и моментом возвращения отраженной электромаг­ нитной волны и легко подсчитать дальность до цели по формуле

(53)

где с — скорость распространения электромагнитной энергии, равная 300 000 км/с;

t — время распространения энергии до цели и обратно, с. В состав импульсной РЛС входят следующие основные узлы (рис. 27): передающее устройство, приемное устройство, антен­ но-фидерное устройство (обведено пунктиром), индикаторное

устройство и источники питания.

36

Передающее устройство служит для формирования кратко­ временных зондирующих импульсов электромагнитной энергии сверхвысокой частоты большой мощности, которые через антен­ ный коммутатор поступают в антенное устройство.

Антенный коммутатор (переключатель) автоматически под­ ключает антенное устройство или к выходу передающего уст­ ройства (во время генерирования импульсов), или ко входу

Рис. 27. Блок-схема импульсной РЛС

приемного устройства (в паузах между импульсами, когда при­ ходят отраженные от цели сигналы).

Антенное устройство излучает импульсы в пространство в оп­ ределенном направлении и принимает слабые отраженные от цели импульсы, которые затем через антенный коммутатор поступают в приемное устройство.

Приемное устройство предназначено для усиления отражен­ ных импульсов и преобразования их в вид, удобный для наблю­ дения в индикаторном устройстве.

Индикаторное устройство позволяет определять дальность до цели и направление на нее, осуществлять визуальное наблю­ дение за всеми целями в зоне действия станции.

Питание всех узлов РЛС осуществляется источниками пи­ тания.

В заключение отметим, что в передающем устройстве после­ дующий импульс будет выработан только через промежуток вре­ мени, достаточный для возвращения предыдущего отраженного импульса от цели, находящейся на максимальной дальности действия РЛС.

Радионаблюдение за целями при непрерывном излучении возможно в том случае, когда частота отраженного от цели сиг­ нала отличается от частоты прямого сигнала. Практическая

37

реализация этого метода возможна в нескольких вариантах РЛС непрерывного излучения:

—радионаблюденне незатухающими колебаниями;

—радионаблюденне частотно-модулированными колеба­

ниями.

Для обнаружения отражения сигнала от цели при первом методе используется явление изменения частоты колебаний, отраженных от движущихся целей, — эффект Доплера.

Изменение частоты сигнала, отраженного от движущейся цели, по сравнению с частотой прямого сигнала можно прибли­ женно определить по формуле

Рц = f\ -Щ- .	(54)
где Дд — доплеровская частота;
fx — частота прямого сигнала;	источ­
vr — радиальная составляющая скорости сближения
ника излучения и цели;

с— скорость распространения радиоволны.

Вслучае приближения цели к РЛС частота принимаемых отраженных колебаний на Дд больше частоты посылки, а в слу­

чае удаления на Дд меньше. Учитывая реальные vT и с, можно сказать, что доплеровская частота лежит в диапазоне звуко­ вых частот. Выделить такие низкие частоты в приемнике удобно путем образования биений зондирующего и отраженного сигна­ лов, для чего в приемник вводят зондирующий сигнал от пере­ датчика (рис. 28). Такой прием обеспечивает возникновение

Рис. 28. Блок-схема РЛС незатухающих коле­ баний

в приемнике амплитудно-модулированных колебаний с частотой модуляции Дд. Измерив эту частоту и учтя собственную ско­ рость, можно определить радиальную скорость движения цели. Поэтому этот способ нашел применение в системах селекции движущихся целей (СДЦ).

38

Рис. 29. Блок-схема РЛС частотно-модулированных колебаний

^зоид

Jomp

W W V W