Физика для всех. Электроны - Китайгородский А.И.
Скачать (прямая ссылка):
№
волна,— это слой диэлектрика, зажатого между двумя проводящими поверхностями.
Поскольку равнинная и лесистая поверхности не являются хорошими проводниками для коротких волн, то они не способны их удержать. Короткие волны отправляются в свободное путешествие, но натыкаются на ионосферу, которая отражает их, как поверхность металла.
Ионизация ионосферы неоднородна , и, конечно, различна днем и ночью. Поэтому пути коротких радиог волн могут быть самыми различными. Они могут добраться до вашего радиоприемника и после многократных отражений Землей и ионосферой. Судьба короткой ^чволньї зависит от того, под каким углом попадет она на ионосферный слой. Если этот угол близок к прямому, то отражения не произойдете волна уйдет в "•мировое пространство. Но чаще имеет место полное внутреннее отражение и волна возвращается на Землю.
Для ультракоротких волн ионосфера прозрачна. Поэтому на этих длинах волн возможен радиоприем в пределах прямой видимости или с помощью спутников. Направляя волну на спутник, -мы можем ловить отраженные от него сигналы на огромных расстояниях.
Спутники открыли новую эпоху в технике радиосвязи, обеспечив возможность радиоприема и телевизионного приема" на ультракоротких волнах.
Интересные возможности предоставляет передача на сантиметровых, миллиметровых и субмиллиметровых ролнах. Волны этой длины могут поглощаться атмосферой. Но, оказывается, имеются «окна», и, подобрав нужным образом длину волны, можЪо использовать волны, залезающие в оптический диапазон. Ну, а достоинства этих волн нам известны: в малый волновой интервал можно «вложить» огромное число неперекрывающихся передач.
РАДИОЛОКАЦИЯ
Принципы радиолокации достаточно просты. Посылаем сигнал, он отражается от интересующего нас объекта и возвращается обратно* Если объект находится на* расстоянии 150 м, то сигнал возвратится
№
через 1 мкс, если на расстоянии 150 км, то через 1 мс. Направление, в котором посылается сигнал, является направлением линии, на которой находился самолет, ракета или автомобиль в тот момент, когда его встретил радиолуч.
Понятно, что радиоволна должна быть остронаправленной, угол раствора, в котором сосредотачивается основная часть мощности луча, должен* быть порядка одного градуса.
Принцип действительно несложен, но техника далеко не проста. Начнем с того, что высокие требования предъявляются к генератору. В метровой и дециметровом диапазоне (более длинные волны явно не годятся) применяют ламповые генераторы, в сантиметровом диапазоне — клистроны и магнетроны.
Наиболее естественным представляется импульсный метод работы. В пространство периодически посыла? ются кратковременные импульсы. Длительность импульса в современных радиолокационных станциях лежит в пределах от 0,1 до 10 мкс. Частота повторения импульсов должна быть выбрана так, чтобы отраженный сигнал успел придти во время паузы.
Максимальная дальность, на которойг можно обнаружить самолет и ракету, ограничена лишь условием прямой видимости. Читателю несомненно известно, что современные радиолокаторы способны прищіть сигналы, отраженные от любых планет нашей Солнечной системы. Разумеется, при этом должны использоваться волны, беспрепятственно проходящие через ионосферу. Удачно, что укорочение длины волны vt непосредственно -влияет на увеличение/ дальности локационного видения, поскольку она пропорциональна не только энергии посланного импульса, но и частоте излучения.
На экране осциллографа (электронно-лучевой трубки) можно видеть всплески от посланного и отраженного импульсов. Если самолет^ приближается, то отраженный сигнал будет сдвигаться в сторону посланного.
Радиолокаторы не обязательно должны работать в импульсном режиме. , Предположим, самолет движется в сторону антенны со скоростью v. От него непрерывно отражается радиолуча Эффект Допплера приводит к тому, что частота принимаемой волны будет
200
связана с частотой посланной волны уравнением:
Величины частот определяются радиотехническими методами весьма точно. Настроившись в резонанс, мы рпределим vnp и по ее значению рассчитаем скорость. Если, скажем, частота посланного сигнала равняется 10* Гц, а самолет или ракета приближаются к антенне локатора со скоростью 1000 км/ч, то принимаемая частота будет больше передающей на величину 1850 Гц.
Отражение радиолуча от самолета, ракеты, теплохода или автомашины — это не отражение от зеркала. Длины волн соизмеримы или существенно меньше размеров отражающего объекта, имеющего сложную форму. При отражении от разных точек объекта лучи будут интерферировать между собой и рассеиваться в стороны. Оба эти явления приведут к тому, что эффективная отражающая4 поверхность объекта будет существенйо отличаться от его истинной поверхности. Расчет здесь сложен, и лишь опыт работника, пользующегося локатором, помогает ему сказать, что за предмет встретился на пути луча.
Вы, конечно, видели радиолокационные антенны — проволочные сферические зеркала, которые все время находятся в движении — они обозревают пространство. Можно заставить .зеркало локатора совершать самые» различные движения, например так, чтобі луч двигался, исчерчивая пространство строчками или окруж^ ностями. При такой работе можно не только определить дальность самолета, но и следить за траекторией его движения.
