Понятие об СВЧ диапазонах

В радиолокации применяются электромагнитные колебания сверхвысокой частоты, этим частотам сooтветствует диапaзон УКВ (Ультра Короткие Волны). В следующей таблице приведено принятое деление диaпазона УКВ:

Применение диапазонов УКВ объясняется преимуществами, присущие радиоволнам этого диапазона по сравнению с волнами других диапазонов. Радиоволны УКВ диапазона хорошо отражаются от предметов, встречающихся на пути их распространения. Это позволяет получать интенсивные сигналы, отраженные от целей, облученных радиолокационной станцией. В диапазоне УКВ легче получить остронаправленный радиолуч, необходимый для измерения угловых координат цели. В этом диапазоне наблюдается значительно меньше индустриальных помех.

Первые радиолокационные станции работали в метровом диапазоне; они имели низкую разрешающую способность и невысокую точность определения угловых координат целей. В настоящее время в радиолокации практически применяют почти весь сантиметровый диапазон волн и начинают осваивать миллиметровый диапазон. В этих диапазонах радиолокационные станции имеют относительно малогабаритные антенны, отличающиеся остронаправленным действием и обладающие высокой разрешающей способностью, необходимой для повышения точности определения угловых координат объектов.

Особенности распространения СВЧ радиоволн

По аналогии со световыми волнами, УКВ распространяются прямолинейно и огибают лишь предметы, имеющие геометрические размеры, соизмеримые с длиной волны. Огибание препятствий радиоволнами дифракция, сказывается тем сильнее, чем больше длина волны и чем меньше размеры препятствия. На границе двух сред происходит отражение радиоволн по закону оптики – угол падения равен углу отражения. Частичное преломление радиоволн также происходит по законам оптики. Крупные искусственные сооружения и горы, встречающиеся на пути радиоволн, а также сферическая форма земли препятствуют распространению радиоволн вдоль земли. Дальность радиолокационной станции обнаружения ограничивается обычно прямой видимостью между ее антенной и целью. На дальность действия радиолокационной станции обнаружения оказывают влияние многие причины. Распространение СВЧ волн в нижних слоях атмосферы зависит от влажности, температуры и атмосферного давления.

Верхние слои атмосферы, где под влиянием солнца и космических лучей происходит ионизация газа (расщепление электрически нейтральных атомов), оказывают влияние на распространение только самых длинных волн диапазона УКВ. При распространении радиоволн в более плотных слоях атмосферы проявляется эффект преломления радиоволн из-за неоднородности слоев атмосферы. Плавное отклонение луча от прямолинейного пути его распространения называется рефракцией. Радиоволны, проникая в более плотные слои, уменьшают свою скорость и, наоборот, выходя из плотных слоев, увеличивают ее. В результате радиолуч отклоняется от прямолинейного участка либо выпуклостью вверх, огибая землю, либо выпуклостью вниз, удаляясь от земной поверхности. Дальность действия РЛС при этом соответственно либо возрастает, либо уменьшается.

Особый интерес представляет явление критической рефракции или сверх рефракции, когда кривизна луча равна или больше кривизны земного шара. При таком распространении радиоволн дальность их действия превосходит во много раз дальность прямой видимости.

В технике этот случай распространения радиоволн называют волноводным. Наблюдения подтверждают возможность достаточно устойчивого приема УКВ на расстояниях, доходящих до 1000 км. Как и для световых волн, для радиоволн характерно явление интерференции или взаимодействия фаз радиоволн, распространяющихся в пространстве. При взаимодействии радиоволн, имеющих одинаковые амплитуды, но находящихся в противофазе, результирующее поле будет равно нулю. Это явление оказывается вредным и вызывает мерцание отметок от целей на экране радиолокатора. Большое влияние на распространение радиоволн короче 30 см в нижних слоях атмосферы оказывают гидрометеоры (дождь, туман, облака и т. д.). Затухание радиоволн в парах воды особенно сильно сказывается для сантиметрового диапазона. Затухание радиоволн в атмосфере может заметно уменьшать дальность действия при больших расстояниях. На малых расстояниях оно сказывается незначительно.

На миллиметровых волнах поглощение сказывается на определенных длинах волн и обусловливается молекулярным строением входящих в атмосферу газов. Затухание в атмосфере требуется учитывать для волн короче 10 см, так как на этих волнах дальность действия РЛС заметно уменьшается при наличии тумана, облаков и дождя. Так, сильный дождь вызывает затухание 0,3 – 0,4 дБ/км для радиоволн длиной 3 – 5 см. Достижения науки и техники в области создания мощных генераторов волн диапазона УКВ (соответственно СВЧ волн) позволяют сейчас создавать импульсные передатчики, обеспечивающие необходимую форму и минимальную длительность генерируемых импульсов. Широкое применение СВЧ волн в радиолокации объясняется преимуществами радиоволн этого диапазона.