Файл: Учебник радиометриста флота учебник для школ и учебных отрядов ВМФ..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 89
Скачиваний: 0
которым внутренним сопротивлением, поэтому при включении его в контур резонансные свойства последнего ухудшаются.
Полное активное сопротивление цепи в этом случае равно сумме активного сопротивления контура /?а и внутреннего со противления источника Ri. Отсюда ток в цепи при резонансе
____ и_ |
(49) |
|
|
а добротность |
|
|
(50) |
В радиотехнических устройствах контур питается от элект ронной лампы или приемной антенны. Как та, так и другая об ладают значительным внутренним сопротивлением; при включе нии их в контур добротность и резонансные свойства контура значительно ухудшаются.
Из электротехники известно, что источник отдает нагрузке максимальную мощность при равенстве внутреннего сопротивле ния источника и сопротивления нагрузки. При большой разнице сопротивлений между ними отдаваемая в нагрузку мощность ничтожна; по этой причине источник с большим внутренним со противлением нельзя включать непосредственно в контур. По этому в радиотехнических схемах обычно используют трансфор маторное питание последовательного контура посредством ин дуктивной связи (рис. 13, а), добиваясь подбором индуктивности катушки связи равенства внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки (контура), т. е. обеспечивая режим отдачи наибольшей мощности в нагрузку.
Последовательный контур как реактивное сопротивление. Выше было показано, что последовательный контур при частоте ниже резонансной ведет себя как емкостное сопротивление, а при частоте выше резонансной—как индуктивное. При частоте ниже резонансной (собственной) такой контур эквивалентен конденсатору. Емкость его при различных частотах различна; чем больше частота тока, протекающего через контур, отлича ется от резонансной частоты контура, тем больше емкостное сопротивление, которое оказывает контур этому току, а следова тельно, тем меньше емкость, которой эквивалентен контур.
При частоте выше резонансной последовательный контур эк вивалентен катушке индуктивности. Чем больше частота тока, протекающего через контур, отличается от собственной частоты контура, тем больше индуктивное сопротивление, оказываемое контуром этому току, и, следовательно, тем больше индуктив ность, которой эквивалентен контур.
Электрические фильтры. Электрическими фильтрами назы ваются схемы и устройства, предназначенные для пропускания одной или нескольких частот из спектра частот колебаний.
Фильтр должен минимально ослаблять колебания в определен ной области частот, называемой полосой прозрачности, и макси мально ослаблять их на других частотах, образующих область задерживания (непрозрачности). Частота, разделяющая эти области, называется частотой среза.
Итак, электрический фильтр позволяет пропускать определен ную полосу частот с небольшим затуханием и задерживать (точнее пропускать с большим затуханием) токи с частотами вне этой полосы.
Z, |
Z, |
Г,' |
а
»/2Z, |
Z/ZZ, |
//22, |
ш , |
h 1,
6-
в
Рис. 17. Виды фильтров:
а— Г-образные; б — Т-образные: в — П-образныв
Взависимости от пропускаемого спектра частот фильтр’ы
подраздёляют на фильтры низких частот, верхних частот, поло
совые и заградительные (рёжёкторные).
Простейшим фильтром может служить колебательный кон тур, но его частотной избирательности явно недостаточно для пропускания или задерживания широкой полосы частот. Поэто му прибегают к фильтрам в виде цепочки, каждое звено кото-
28
фильт р низких частот
Полосовой фильтр
Рис. 18. Частотные характеристики фильтров
1/2L |
l/2L |
I |
СI/2C
оо
1/21, |
1/2L, |
1/2L, 2С( 2С, 1/2L,
>Oi |
о |
о |
о |
Рис. 19. Схемы цепочечных фильтров
29
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