Рефракция и сверхрефракция

Радиоволна распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью только в однородной среде, в частности, в диэлектрике с постоянным коэффициентом диэлектрической проницаемости . Между тем, по мере удаления от земли температура, влажность и давление воздуха меняются (уменьшаются), особенно в пределах первых десяти километров.

В результате, с увеличением высоты диэлектрическая проницаемость воздушного слоя уменьшается. Это приводит к преломлению пути распространения радиоволны различными слоями атмосферы по направлению к земле. Это явление получило название «явление рефракции».

Благодаря явлению рефракции дальность действия РЛС увеличивается и становится возможным наблюдение целей, находящихся ниже линии горизонта (Ц2) (рис. 2.4. слайд 16, 21).

Увеличение предельной дальности видимости Д_пр можно учесть изменением коэффициента формулы (3) (см 2-й уч. вопрос)

При так называемом стандартном состоянии атмосферы (нормальной рефракции величина R_з заменяется эквивалентным радиусом земли R_зэ = 8500 км.

R_зэ – эквивалентный радиус воображаемой земли, при котором электромагнитный луч под влиянием рефракции распространяется прямолинейно.

С учетом рефракции дальность прямой видимости Д_пр достаточно точно определяется по формуле

Для наземных РЛС, когда Н_ц  h_a , то

.

При резком уменьшении влажности и значительной разности температур и давления воздуха (по высоте) ультракороткие радиоволны огибают земную поверхность вследствие многократного отражения от нижних слоев атмосферы (рис. 2.5, слайд 17, 22).

Нижний слой атмосферы совместно с поверхностью земли образует своеобразный волновод, направляющий поток электромагнитной энергии. Это явление получило название сверхрефракции (рис. 2.5 –5). При сверхрефракции дальность обнаружения достигает порядка 2500 км при дальности прямой видимости в несколько десятков километров.

Однако атмосферные условия, вызывающие сверхрефракцию, создаются нерегулярно и сравнительно редко, обычно в летние месяцы в субтропических и тропических поясах преимущественно над водными пространствами.

Поглощение и рассеяние энергии радиоволн в атмосфере возникает из-за наличия в ней кислорода и водяных паров, то есть атмосфера не радиопрозрачна. Вследствие поглощения и рассеяния энергия, переносимая радиоволной, непрерывно убывает вдоль пути ее распространения – происходит затухание радиоволны.

Различают два вида затухания:

• за счет резонансного поглощения и рассеяния электромагнитной энергии дипольными молекулами кислорода и паров воды;

• за счет поглощения и рассеяния электромагнитной энергии частицами конденсированной влаги (дождь, снег, облака, туман).

На длинных волнах явлениями поглощения и рассеяния можно пренебречь. На волнах  10 см эти явления приобретают существенное значение, потери энергии радиоволн возрастают по мере укорочения длины волны.

Резонансное поглощение и рассеяние приводит к тому, что на некоторых волнах Д_max РЛС резко уменьшается. Кислород вносит особенно значительное затухание на волнах  = 0,25 см и  = 0,5 см, водяные пары – на волнах  = 0,17 и 1,3 см (рис.2.6, слайд 18, 23).

Рассеяние энергии радиоволн мельчайшими капельками воды приводит к тому, что скопление капель (облака, дождь) создает отраженный сигнал, который можно наблюдать на экране индикатора РЛС. Так, отражение от облаков начинает появляться на  = 10 см и короче. На волнах   3 см облака, дождь, снег создают сильные помехи, иногда делающие невозможным наблюдение за целью.

Затухание радиоволн в атмосфере сказывается в основном на волнах короче 30 см. На  = 10 см уменьшается дальность действия РЛС по сравнению с расчетной не выше 3...4 % даже при неблагоприятных атмосферных условиях.

Затухание энергии электромагнитных волн в атмосфере ограничивает нижний предел длин волн, используемых в РЛС.

В Ы В О Д

Максимальная дальность действия РЛС зависит от ее технических параметров, характеристик цели () , влияния земли и атмосферы.

Поскольку технические параметры станции, и тем более условия распространения радиоволн, и характеристики целей в реальных условиях боевого применения РЛС подвержены случайным изменениям, максимальную дальность действия РЛС оценивают вероятностью. Обычно указывается в формуляре РЛС значение максимальной дальности по целям определенного типа (истребителю, бомбардировщику) с заданной вероятностью.

Чтобы исключить явление дифракции (огибание цели электромагнитными волнами) и получить отражение от цели, необходимо, чтобы длина волны была меньше линейных размеров цели, то есть _мах ≤ 5 м, но чрезмерное укорочение приводит к большим поглощениям и рассеяниям радиоволн в атмосфере, поэтому λ_min > 3 см.

Таким образом, РЛС РТВ обычно работают в диапазоне волн

3 см < λ < 5 м.

При размещении РЛС на позиции следует учитывать рельеф местности. Для РЛС метрового и дециметрового диапазонов волн площадка должна быть по возможности ровной. Это способствует увеличению дальности действия РЛС и уменьшению провалов в ДНА). РЛС сантиметрового диапазона целесообразно размещать на господствующих высотах.

Заключительная часть

- Вывод по занятию;

Достигнуты учебные цели;

- Вопросы для контроля усвоения материала

Задание на самоподготовку:

1.Слуцкий и др. Основы радиотехники и радиолокации. С. 249-255, 261-266.

2.Принципы и методы радиолокации. Учебное пособие. Часть 1.

3.ЗНАТЬ: - вывод основного уравнения радиолокации;

- влияние земли и атмосферы на Д_мах.

4.УМЕТЬ произвести анализ основного уравнения радиолокации.

Окончание занятия;

Руководитель занятия: