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

Блок-схема РЛС, использующая второй метод, представлена на рис. 29. В этом случае модуляционное устройство передат­ чика модулирует частоту сигналов по пилообразному или сину­ соидальному закону (рис. 30, а). РЛС имеет две антенны— пе­ редающую и приемную, причем приемная антенна улавливает сигналы, отраженные от цели, и сигналы, излучаемые передаю­ щей антенной.

Так как частота зондирующих колебаний все время меняется,

то к	моменту прихода	к приемнику		отраженного		сигнала
(рис. 30,6) прямой сигнал будет			иметь	другую	частоту. В ре­
зультате взаимодействия этих двух сигналов возникают						биения
(колебания, модулированные по			амплитуде, рис.		30, в).	В де­
текторе происходит выделение			огибающей		этих	биений
(рис.	30, г), причем число	максимумов		огибающей (частота их

появления) является функцией расстояния до цели. Если подать огибающую кривую после детектора на ограничитель, то полу­ чим серию импульсов, которые поступают на счетчик, програ­ дуированный в единицах расстояния до цели.

§ 3. Характеристики радиолокационных станций

Характер работы радиолокационных станций определяется их тактическими и техническими характеристиками (парамет­ рами).

Технические характеристики РЛС:

Рабочая частота (или длина волны )— это частота (длина волны) радиоволн, вырабатываемых передающим устройством станции. В большинстве станций воздушного обнаружения и на­ ведения используют метровый и дециметровый диапазоны волн. РЛС надводного обнаружения и станции управления оружием обычно работают в сантиметровом диапазоне.

Длительность импульса — время, в течение которого РЛС излучает электромагнитную энергию. Для получения уверенных отраженных сигналов от далеко расположенных целей (напри­ мер, самолеты) необходимо применять длительные импульсы, несущие в себе больше энергии. Более короткие импульсы несут меньше энергии, но позволяют более точно определять коорди­ наты целей.

Импульсная мощность — мощность радиоволн, вырабатывае­ мых передатчиком за время одного импульса.

Частота повторения — количество импульсов, излучаемых ра­ диолокационной станцией за II с. Она зависит от максимальной дальности действия станции. Период между двумя посылками должен быть не меньше времени, необходимого для прохожде­

ния энергии	до	цели и обратно. В современных РЛС	частота
повторения лежит в пределах 400—5000 Гц. Низший			предел
используется	в	станциях дальнего обнаружения, высший —
в станциях управления оружием.

40

Чувствительность приемника характеризует его способность принимать слабые сигналы и на практике ограничивается уров­ нем шумов.

Ширина диаграммы направленности антенны — кривая, гра­ фически показывающая интенсивность излучения и приема ею электромагнитных колебаний в различных направлениях. Диа­ грамма направленности рассматривается в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Измеряют ее в градусах.

Коэффициент усиления	антенны 8 — отношение	мощности,
излучаемой в направлении	максимального излучения, и мощ­
ности, излучаемой равномерно во всех направлениях.
Потребляемая мощность — мощность, которую		станция по­

требляет от бортовой сети. Современные радиолокационные станции потребляют мощность от долей киловатта до десятков киловатт.

Тактические характеристики РЛС:

Дальность действия станции — предельная дальность уверен­ ного обнаружения цели. Оназависит от условий распростране­ ния радиоволн, мощности передатчика, эффективной отражаю­ щей площади цели, чувствительности приемника и т. п., т. е. как от технических характеристик РЛС, так и от характера наблю­ даемых целей.

Мертвая зона — минимальное расстояние от станции, в ра­ диусе которого она не принимает отраженных от целей сигна­ лов. Величина мертвой зоны зависит от длительности зондирую­ щих импульсов, так как в период излучения и некоторое время после него приемник отключен и отраженные сигналы не при­ нимаются.

Разрешающей способностью по дальности АДпцп (рис. 31)

называется минимальное расстояние между двумя целями, рас­ положенными на одном направлении от РЛС, при котором еще обеспечивается измерение дальности каждой цели. Разрешаю­ щая способность зависит от длительности импульса. Импульс с меньшей длительностью занимает меньшее расстояние в про­ странстве и, попадая на цели А и Б, последовательно отра­ жается от каждой из них, создавая раздельные отраженные сиг­ налы. Более длительный импульс захватывает сразу обе цели и создает один отраженный сигнал от обеих целей.

Разрешающая способность по угловым координатам подраз­ деляется на разрешающую способность по направлению (пе­ ленгу) и разрешающую способность по углу места.

Разрешающая способность по направлению (пеленгу) Apmin (рис. 32) определяется минимальным углом между двумя це­ лями, находящимися на одном расстоянии и под одинаковыми уг­ лами места от облучающей станции, при котором еще возмож­ но раздельное измерение направления (пеленга) на каждую цель.

Разрешающая способность по углу места Asmin (рис. 33) оп­ ределяется минимальной разностью углов места двух целен,

41

Рис. 31. Разрешающая способность по дальности

О т р а ж е н н ы е им пульсы

Рис. 32. Разрешающая способность по направ­ лению

Ррс.. 33. Разрешающая способ­ ность по углу места

42

находящихся на одинаковой дальности п под одинаковыми на­ правлениями, при которой еще возможно раздельное измерение угла места каждой цели.

Разрешающая способность по углу места имеет место при измерении координат воздушных целей.

Точность измерения координат определяет способность стан­ ции измерить координаты с определенными отклонениями от истинного значения.

В зависимости от назначения РЛС те или иные тактические характеристики могут приобретать решающее значение для оценки ее боевых свойств. Например, для станций наведения ракет пли станций орудийной наводки главное требование — высокая точность определения координат и высокие разрешаю­ щие способности по всем координатам для точного и уверенного сопровождения поражаемой цели. Дальность действия таких станций определяется в основном предельной дальностью стрельбы с соответствующим запасом на подготовку первого залпа и полетное время до точки встречи ракеты или снаряда с целью.

Для станций дальнего обнаружения основной характеристи­ кой является максимальная дальность действия. Точности опре­ деления коодринат п разрешающие способности могут быть ниже.

Помимо рассмотренных основных тактических и технических характеристик РЛС характеризуют и другие характеристики: время прогрева, время включения, количество обслуживающего личного состава и т. п.

Г л а в а 3

ЦЕПИ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ

§1. Понятие о колебательных контурах с сосредоточенными

ираспределенными параметрами

Вгл. 1 были рассмотрены контуры с сосредоточенными пара­ метрами, которые хорошо работают на частотах до сотен мега­ герц. При переходе к сверхвысоким частотам их работа нару­ шается и использование их становится невозможным. В чем же причина нарушения работы контуров на сверхвысоких частотах?

Как уже отмечалось, при прохождении переменного тока по электрической цепи вокруг проводов образуется переменное маг­ нитное поле, индуктирующее в них э. д. с. самоиндукции.

Чем выше частота тока, тем э. д. с. самоиндукции в проводах больше, поэтому любая цепь, как и катушка индуктивности, обладает некоторой индуктивностью. Так как такая индуктив­ ность распределена по всей длине цепи, то она получила назва­ ние распределенной (рис. 34).

Распределенная индуктивность проводов очень мала и изме­ ряется десятыми долями микрогенрн на 1 м провода в зависи­ мости от формы его сечения.

Помимо распределенной индуктивности всякая цепь обла­ дает и распределенной емкостью. Так, если проводник с током изогнут петлей (рис. 34, а), то вследствие разности потенциалов между отдельными участками провода между ними образуется слабое электрическое поле. В этом случае противоположные участки провода будут вести себя, как обкладки конденсатора.

Если петлю провода выпрямить (рис. 34,6), расстояние ме­ жду участками провода станет еще больше и распределенная емкость уменьшится.

Рассмотрим влияние распределенных индуктивностей и ем­ костей на работу колебательного контура, представленного на

рис. 35.

Из рисунка видно, что между витками катушки и проводами имеется распределенная емкость С0, а сами соединительные про­ вода представляют собой распределенную индуктивность L0, ко­

44

торая увеличивает индуктивность катушки. Распределенная ем­ кость, будучи включенной параллельно основному конденса­ тору С, увеличивает емкость контура. Таким образом увеличи­ ваются параметры контура L и С, что приводит к уменьшению его собственной частоты.

Рис. 34. Эквивалентная схема проводника с распре­ деленными параметрами

На частотах до десятков мегагерц, когда параметры контура еще остаются достаточно большими, влияние распределенных параметров незначительно. Но при переходе к сверхвысоким частотам, когда уменьшаются индуктивность и емкость контура, влияние распределенных индуктивности и емкости существенно

Рис. 35. Эквивалентная схема кон­ тура с распределенными параметрами

возрастает, так как параметры контура L и С становятся соиз­ меримыми с распределенными индуктивностями L0 и емкостя­ ми С0. Дальнейшее уменьшение параметров контура для полу­ чения более высокой собственной частоты его колебаний уже не имеет смысла, так как при этом она будет определяться только величиной распределенных параметров L0 и Со. уменьшить ко­ торые невозможно.

45

Таким образом, распределенные параметры контуров огра­ ничивают собственную частоту, а следовательно, и применение контуров с сосредоточенными параметрами. Поэтому контуры с сосредоточенными параметрами применяются в пределах ниж­ ней части метрового диапазона. Для работы на более высоких частотах используются контуры с распределенными индуктив­ ностями, называемые контурами с рассредоточенными парамет­ рами.

§ 2. Длинная линия

Линия называется длинной, если ее длина сравнима с дли­ ной волны генератора или превышает ее. Длинные линии, соеди­ няющие антенны с передатчиками или приемниками, называ­ ются фидерами. В радиотехнике длинные линии используются для передачи электромагнитных волн, а также в качестве ко­ лебательных контуров, реактивных сопротивлений, опорных изо­ ляторов, фильтров, трансформаторов сопротивлений н т. д.

Важнейшее	требование к длинными линиям — передача
энергии с минимальными потерями. Потерн в линиях		состоят
из потерь на	активном сопротивлении проводов линии,	потерь
в диэлектрике и потерь, связанных с возникновением антенного

эффекта, под которым понимают излучение или прием линией электромагнитных волн.

Конструкция длинных линий определяется указанным требо­ ванием. Обычно линии делаются в виде симметричных двухпро­

водных воздушных	(рис. 36, а), изолированных (рис. 36,6)
или коаксиальных	(рис. 36, б) линий, а	на сверхвысоких час­
тотах — в виде полых труб — волноводов		(рис. 36, а).

Простейшая длинная линия состоит из двух одинаковых, близко расположенных параллельных проводов (рис. 36, б), об­ разующих электрическую цепь с распределенными по всей ее длине индуктивностью, сопротивлением и емкостью. Разбив условно линию на элементарные (единичные) участки и обозна­ чив соответственно индуктивность, емкость и сопротивление этих участков через L\, С\, Ri, получим эквивалентную электрическую схему длинной линии (рис. 37).

Если ко входу такой линии присоединить генератор перемен­ ного тока, имеющий напряжение «о, то в цепи возникнет ток / j, который, протекая через емкость С\ участка линии, создает на этой емкости падение напряжения. Емкость С] входит также в состав следующей ячейки, поэтому возникшее на ней перемен­ ное напряжение вызовет появление переменного тока в следую­ щей ячейке и т. д. Вокруг проводов с током возникает перемен­ ное магнитное поле, а между ними — электрическое поле (рис. Зв). Эти поля изменяются так, как изменяются ток и нап­ ряжение линии.

46

Ai	Jk	Ai	Jk
2	2	2	2

Рис. 37. Эквивалентная схема длинной линии

Рис. 38. Электромагнитное поле вокруг проводов с током:

а — коаксиальный кабель; б — двухпроводная линия

Таким образом, при подключении генератора в длинной ли­ нии происходит процесс распространения вдоль нее переменного тока и напряжения, а также связанных с ними полей, т. е. пере­ нос электромагнитной энергии. Этот процесс, имеющий волно­

вой характер,	называют бегущей волной. Бегущие волны тока
и напряжения	существуют неразрывно, причем напряжение и

ток совпадают по фазе. Это в свою очередь означает, что линия с бегущими волнами представляет для генератора чисто актив­ ную нагрузку.

Бегущая волна может возникать только в линиях, если они имеют бесконечно большую длину или если от конца линий нет отражения волн.

Бегущая волна распространяется в линиях с некоторой ко­ нечной, хотя и очень большой скоростью; так, в воздушных длинных линиях (рис. 36,а) скорость распространения волны приблизительно равна скорости света в пустоте, т. е. 300 000 км/с.

Линия оказывает бегущей по ней волне сопротивление р,

называемое волновым сопротивлением.

Волновое сопротивление представляет собой предельное ак­ тивное сопротивление линии без потерь, длина которой стре­ мится к бесконечности. Определяется оно как отношение напря­ жения к току бегущей волны и зависит от параметров линии L\ и Сь

р =	(55)
‘m	’ W

где Li — индуктивность единицы длины линии (погонная индук­

тивность), Г/м, мкГ/м;				емкость),
C i— емкость единицы	длины линии (погонная
Ф/м.
Волновое сопротивление двухпроводных воздушных линий,
применяемых в радиолокации, равно		300—600	Ом,	коаксиаль­
ных— 40—150 Ом.	бегущей	волной	вдоль	линии за
Расстояние, проходимое

время одного периода колебания генератора, называется дли­ ной волны. Длина волны зависит от скорости распространения волны вдоль линии X = vT, определяемой параметрами линии:

	1	(56)
	V X c l

Выражения (55) и (56) соответствуют так называемой иде­ альной линии (линии без потерь). Хотя такой линии и не су­ ществует, иногда реальную линию рассматривают как идеаль­ ную, что упрощает изучение длинных линий. Бегущая волна напряжения и тока в такой линии представлена на рис. 39, а.

Бегущие волны в линиях с потерями отличаются от бегущих волн в линии без потерь тем, что амплитуды напряжения и тока убывают в ней по экспоненциальному закону (рис. 39,6). Это

48

Б е г у щ и е

Рис. 39.

волны в линии

объясняется тем, что часть энергии бегущих волн расходуется на активном сопротивлении проводов и в диэлектрике; кроме того, неэкранированные линии излучают электромагнитную энергию в пространство.

В заключение отметим, что режим бегущей волны имеет большое практическое значение. В режиме, близком к нему, должны работать все линии передачи антенно-фидерных уст­ ройств, поэтому еще раз обратим внимание на основные свойства бегущих волн:

— в каждой точке линии нап­ ряжение и ток изменяются во времени по синусоидальному за­ кону, причем они совпадают по фазе; последнее говорит о том, что линия, работающая в режи­ ме бегущей волны, представляет для генератора активную нагруз­ ку;

— амплитуда колебаний нап­ ряжения (тока) в любой точке, линии без потерь одинакова; в ре­ альной линии амплитуда'колеба­ ний убывает к концу линии, что оценивается коэффициентом зату­ хания; '

— сопротивление линии в ре­ жиме бегущей волны равно вол­ новому; бегущая волна переносит энергию вдоль линии от источни­ ка тока.

Линия, нагруженная актив­ ным сопротивлением,равным вол­

новому, получила название согласованной. Подключение к ее концу сопротивления RH= p эквивалентно удлинению линии до бесконечности, так как в обоих случаях поглощается вся энер­ гия, переносимая бегущей волной.

§ 3. Линии конечной длины

Процессы, протекающие в линии конечной длины, показаны на рис. 40. При подключении генератора к линии в ней начинает распространяться прямая, или падающая, электромагнитная волна. Если линия нагружена на конце активным сопротивле­ нием, равным ее волновому сопротивлению (^н=р), то вся энер­ гия поглощается нагрузкой. Если же Ru ф р, то энергия падаю­ щих -волн потребляется только частично; не поглощенная наг­ рузкой часть энергии падающей волны будет распространяться

49