Обоснование частоты излучаемых колебаний (длины волны)

Частота измеряемых колебаний влияет одновременно на несколько эксплуатационных параметров, поэтому необходимо учитывать связь длины волны с этими параметрами для поиска оптимального значения рабочей частоты.

При заданных геометрических размерах антенны длины волны определяет ширину диаграммы направленности антенны. Для зеркальных антенн справедливо соотношение:

(2)

где - ширина диаграммы направленности на уровне половинной мощности, град.;

- размер раскрыва антенны в соответствующей плоскости;

- длина волны, связана с рабочей частотой f отношением

(3)

где - скорость распространения радиоволн.

Для волноводно-щелевых антенн горизонтальные размеры определяют количество щелевых элементов антенны , располагаемых на расстоянии друг от друга: , от которого в свою очередь зависит ширина диаграммы направленности [3]

(4)

Необходимо учитывать, что длина волны в волноводе отличается от длины волны в свободном пространстве и для волны типа может быть определена по формуле [1,3]

(5)

где - размер широкой стенки волновода прямоугольного сечения (2,8 см для трехсантиметрового диапазона и 8,7см для десятисантиметрового диапазона).

Ширина диаграммы направленности влияет на потенциальную разрешающую способность по направлению и точность измерения угловых координат [3]

(6)

где - потенциальная разрешающая способность по направлению, град;

- потенциальная среднеквадратическая погрешность измерения направления, град;

- отношение амплитуды сигнала к среднему квадратичному значению шума; для слабых сигналов (в момент обнаружения цели) , по мере сближения с целью значения а возрастает;

- количество импульсов в пачке за один обзор (за время облучения).

Однако на практике при определении длины волны РЛС в первую очередь необходимо исходить из требований, связанных с выбором энергетических показателей станции, определяющих дальность действия РЛС. Разрешающая же способность обеспечивается постольку, поскольку это оказывается возможным. С учетом положения энергии радиоволн в тропосфере дальность действия РЛС выражается формулой

где - импульсная мощность излучения;

- длительность излучаемых импульсов;

- эффективная площадь антенны;

- эффективная поверхность рассеяния цели;

- коэффициент шума приемника;

- постоянная Больцмана;

- абсолютная температура приемника;

- коэффициент различимости, определяемый отношением энергии сигнала к спектральной плотности шума в момент принятия решения об обнаружении;

- коэффициент поглощения, характеризующий уменьшения плотности потока энергии, распространяющейся волны, дБ/км.

В эту формулу длина волны входит не только в качестве множителя в знаменателе подкоренного выражения, но и косвенным образом влияет на значения некоторых других параметров, используемых в данном выражении, особенно коэффициента поглощения . Поэтому зависимость требуемой энергии передатчика от частоты излучения или длины волны весьма сложна. Как показали исследования, эта зависимость носит экстремальный характер и имеет минимум при некотором значении длины волны, которое будем считать оптимальным. Оптимальная частота излучения, при которой требуемая излучаемая энергия будет иметь минимум, может быть оценена с помощью эмпирической формулы, справедливой в области дальностей от 40 до 500 км:

(7)

где - дальность до цели в км;

- рабочая частота в МГц.

При f ³ 5000 МГц (l £ 6 см) целесообразно в основу проектируемой РЛС положить диапазон длины волны 3,2 см, в противном случае диапазон длины волны 10 см. Необходимо учитывать, что если длину волны брать больше оптимальной, то необходимая энергия увеличивается относительно медленно, а при уменьшении длины волны по давлению с оптимальной необходимая энергия излучения будет возрастать очень быстро, особенно в условиях сильного дождя и плотного тумана. Однако, с другой стороны, увеличение длины волны неблагоприятно скажется на точностных характеристиках РЛС.