План:

1 Введение.

2 Радиолокация.

2.1 Опыты Герца

2.2 Основные принципы.

2.3 Основные характеристики.

2.4 Пассивные и активные системы радиолокации.

2.5 Задачи решаемые радиолокацией.

3 Фазированные антенные решетки.

3.1 Как все начиналось.

3.2 Устройство и принцип работы.

3.3 Основные характеристики антенны.

3.4 Фазовращатель.

3.5 Характеристика экспериментального фазовращателя.

4 Заключение

Библиография

1. ВВЕДЕНИЕ

Где-то в пятидесятые годы большинство жителей нашей страны впервые услышали слово радиолокация. Оно произносилось, как правило, тихим голосом, с большим почтением и уважением к этому слову и несло в себе элемент того, что произносивший это слово причастен к каким-то высшим либо военным, либо научным секретам. Популярные массовые публикации того времени в газетах и журналах, детективные повести и фильмы убеждали читателей и зрителей в существовании очень сложного, способного сотворить чудо средства, которое позволит защитить наше небо от непрошеных гостей, дать возможность самолетам летать в любую

погоду, при любой видимости и видеть все, что творится в небесах, на земле и на море. Но шло время и, как это всегда бывает, массовый интерес к радиолокации угас, его вытеснили новые научные и технические успехи, а сама радиолокация стала оформляться в строгую научную дисциплину с четко очерченными границами возможностей и приложений.

Потребовалось немало времени, чтобы усовершенствовать способы и технику радиообнаружения целей. Приборы радиообнаружения получили массовое применение только во второй мировой войне. Самолеты и корабли, облучаемые радиоволнами, уподобляются зеркалам. Конечно, они мало напоминают ровную, полированную поверхность обычного зеркала, и поэтому отражение от них получается беспорядочным, рассеянным во все стороны. Но часть отраженных радиоволн непременно попадет к тому месту, где установлен чувствительный радиоприемник. Сейчас же получается сигнал: радиоволны что-то “нащупали”, они наткнулись на какое-то препятствие — обнаружили цель!

Сегодня мы имеем, с одной стороны, классическую учебно-научную дисциплину, вошедшую в обязательную программу подготовки специалистов в области радиотехники, с другой стороны, удивительные по своим возможностям многочисленные различные радиолокационные станции и устройства, действительно способные совершить невозможное и увидеть то, что в житейском плане в принципе невозможно увидеть. Я постараюсь дать представление о физических принципах, которые заложены в радиолокации, ее возможностях и некоторых проблемах, которые стоят перед ней как наукой, а также проиллюстрировать некоторые достижения в области радиолокационной техники рядом примеров.

2. РАДИОЛОКАЦИЯ

2 .1 Опыты Герца

В школьных учебниках физики вы можете найти описание опыта, который произвел в 1888 г. знаменитый физик Герц (рис. 1). Своим опытом ученый доказал, что полученные им радиоволны, которые он назвал электромагнитными, могут отражаться от металлических тел, подобно тому, как лучи света отражаются от зеркал. На рисунке вы видите три основные детали. Слева расположен прибор, излучающий радиоволны, направленные пучком к большому металлическому листу. Эта вторая деталь рисунка представляет собой зеркало для радиоволн. Отразившись от металлического листа, радиоволны попадают к приемному аппарату.

Стоит убрать металлический лист, и приемный аппарат перестанет сигнализировать о получении им отраженных волн. Не встречая отражающей поверхности, радиоволны, распространяясь прямолинейно, уйдут в окружающее пространство, минуя приемный аппарат. Дальше вы убедитесь, что этот опыт имеет прямое отношение к основам радиолокации. Напомним, что в то время, когда производился этот опыт, о радио еще ничего не было известно. То, что мною названо радиоволнами, в то время имело другое название: электромагнитные волны, или лучи Герца. Радиоволнами они стали называться значительно позднее, после того, как в 1895 г. русский ученый Попов впервые применил эти лучи для связи на расстоянии без проводов.

2.2 Основные принципы

Отражение радиоволн — первая основа, первый принцип радиолокации. Не будь отражения радиоволн, не было бы и радиолокации.

Обнаруживаемая посредством радиолокации цель выдает себя тем, что отражает направленные на нее радиоволны. Пока никаких объектов в воздухе или на водной поверхности нет, радиоволны не встречают отражающих поверхностей, и специальные приемные аппараты не получают никаких сигналов. Стоит появиться цели, как она сейчас же отразит от себя волны, и приемные аппараты воспримут отражение.

Свойством отражать радиоволны обладают не только металлы, но и вообще все тела, способные проводить электрический ток. Земля, например, тоже отражает радиоволны: отражают радиоволны и горы, холмы, а также массивные сооружения — здания, железнодорожные мосты, металлические башни, ангары и т. п.

Если радиоволны излучаются во все стороны равномерно, не направленно, то и отражения могут быть получены со всех направлений. Целью может стать ближайшая водонапорная башня в южном направлении и одновременно с ней — элеватор на севере, самолет на западе и фабричная труба где-либо на востоке. Чтобы определить, где находится интересующая нас цель, нужно знать направление на нее или азимут (пеленг).

На рисунке, заимствованном из учебника физики, показано, что радиоволны направляются на отражающий металлический лист узким пучком. При направленном излучении отпадают всякие сомнения в отношении пеленга цели. Если радиолокационная станция излучает радиоволны направленно и при этом она же получает отражение, то цель, очевидно, находится именно в том направлении, куда излучаются волны.

Направленность составляет вторую основу радиолокации, второй ее принцип.

Как видите, поучительный рисунок из учебника физики содержит почти готовую идею радиолокации. Роль цели в ней играет металлический лист.

Пусть наблюдатель находится в точке 0, он хочет узнать, что находится в некоторой другой точке 1 и какими физическими и геометрическими характеристиками это обладает. Чем располагает наблюдатель? Он имеет возможность излучать радиоволны и концентрировать при помощи антенны основную долю излучаемой энергии в заданном направлении. (Принципиальный момент: несмотря на то, что основной поток энергии каким-то образом сконцентрирован в пространстве, энергия излучается по всем направлениям без исключения.)

Наблюдатель имеет возможностьĀ принимать отраженные радиоволны с требуемого направления. (Принципиальный момент: прием отраженных радиоволн осуществляется, тем не менее, со всех направлений без исключения.) Наблюдатель также может обладать определенными сведениями об объекте наблюдения (радиолокационная цель) и об окружающей среде.Сказанное позволяет отнести радиолокацию к классу задач дистанционного зондирования. Рассмотрим теперь, какие физические процессы происходят при осуществлении радиолокационного зондирования. Итак, наблюдатель излучает радиоволну, которая, спустя какое-то время, достигает точки 1, где наводит на исследуемом объекте токи обусловленные электрическим и магнитным полем, которые, свою очередь, порождают радиоволны, распространяющиеся по всем направлениям, в том числе и в направлении на точку 0. Отраженная радиоволна достигает точки 0, где в приемнике радиолокационной станции вызывает появление соответствующего сигнала (тока, напряжения). Ясно, что вся получаемая информация о наблюдаемой цели может быть получена только из сравнения излученного и принятого сигналов. Будучи извлеченной, эта информация будет выражаться на языке электрических сигналов, а не на языке каких-либо физических или геометрических характеристик цели. Перевод с одного языка на другой это другая самостоятельная задача.