Содержание
Каналы Радиосистем
1. Классификация радиоканалов. Диапазоны частот
2. Помехи в радиоканалах
3. Дальность действия радиосистем в идеальных каналах
4. Статистические методы анализа радиоканалов. Оптимизация линейных блоков канала
5. Модели каналов передачи информации

Дальность действия радиосистем в идеальных каналах

Будем рассматривать радиоканал, включающий передающую, приемную антенны и свободное пространство в предположении однородности атмосферы, отсутствия затухания радиоволн, отсутствия помех, а также без учета влияния Земли. Наибольший интерес определение дальности действия представляет для активных РЛС, поскольку это связано с особыми требованиями к мощности радиопередающего устройства, обеспечивающего достаточную интенсивность отраженного от объекта сигнала.

Обозначим через {{P}_{0}} — мощность передатчика РЛС, G — коэффициент усиления передающей антенны, {{\eta }_{0}} — к.п.д. фидерной линии передающей антенны. Тогда плотность потока мощности первичного поля в области объекта определяется выражением

{{\Pi }_{0}}={{P}_{0}}G{{\eta }_{0}}/4\pi {{R}^{2}}   (2.2)

где R означает расстояние до объекта. Дальность действия РЛС в идеальном канале зависит от отражающих свойств объекта, которые обусловлены его размерами и конфигурацией, материалом, из которого он выполнен, длиной облучающей волны, направлением облучения и др. Для оценки общего влияния всех факторов на дальность действия вводят специальный расчетный параметр — эффективную площадь рассеяния (ЭПР) объекта. Реальный объект часть энергии падающей на него волны поглощает, а оставшаяся часть переизлучается в различных направлениях неравномерно. В целях упрощения реальный объект заменяют некоторой воображаемой поверхностью с площадью, обозначаемой \sigma , которая переизлучает всю падающую на нее энергию изотропно, создавая у приемной антенны РЛС такую же плотность потока мощности, что и объект. Площадь \sigma и определяет ЭПР объекта. Объектом, имеющим ЭПР \sigma , переизлучается мощность {{P}_{1}}\text{=}{{\Pi }_{0}}\sigma . Таким образом, у приемной антенны РЛС, находящейся на расстоянии R от объекта, создается плотность потока мощности

{{\Pi }_{1}}=\frac{{{P}_{1}}}{4\pi {{R}^{2}}}=\frac{{{\Pi }_{0}}\sigma }{4\pi {{R}^{2}}} .(2.3)

Подставляя сюда выражение (2.2) и учитывая соответствующее выражение для мощности сигнала на входе приемника {{\Pi }_{2}}={{\Pi }_{1}}S{{\eta }_{1}} , где S — эффективная площадь приемной антенны; {{\eta }_{1}} — к.п.д. фидерной линии приемника, в результате получим

 

{{P}_{2}}=\frac{{{P}_{0}}GS\sigma {{\eta }_{0}}{{\eta }_{1}}}{{{\left( 4\pi \right)}^{2}}{{R}^{4}}} (2.4)

Отсюда можно определить дальность действия активной системы РЛС в свободном пространстве. Дальность действия {{R}_{\max }} определяется из уравнения {{P}_{2}}\text{= }{{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}} , где {{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}} — пороговая мощность сигнала, т. е. минимальная мощность полезного сигнала на входе приемника, обеспечивающая заданную точность действия системы. Подставляя в это уравнение выражение (2.4), получим дальность действия активной системы

{{R}_{\max }}=\sqrt{\frac{{{P}_{0}}GS\sigma {{\eta }_{0}}{{\eta }_{1}}}{{{\left( 4\pi \right)}^{2}}{{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}}}} (2.5)

 

 

Это соотношение называется уравнением радиолокации в свободном пространстве. Оно служит для определения дальности действия, как в режиме обнаружения, так и в режиме измерения параметров. В зависимости от режима работы задается соответствующее значение величины пороговой мощности сигнала.

Входящее в выражение (2.5) значение ЭПР \sigma может быть получено из выражения (2.3). Формула для расчета ЭПР может быть представлена в виде

\sigma =4\pi {{R}^{2}}{{\Pi }_{1}}/{{\Pi }_{0}}=4\pi {{R}^{2}}{{\left| \widetilde{{{E}_{1}}}/\widetilde{{{E}_{0}}} \right|}^{2}} (2.6)

где \widetilde{{{E}_{0}}} и \widetilde{{{E}_{1}}} — комплексные амплитуды электрического поля вблизи объекта и приемной антенны РЛС. Отношение комплексных амплитуд здесь рассчитывается методами электродинамики для объектов, имеющих элементарную геометрическую конфигурацию (пластинка, шар, полуволновой вибратор и т. д.) и выполненных из однородного материала. Для неоднородных объектов сложной конфигурации ЭПР определяется экспериментально.

Нетрудно убедиться, что дальность действия линии радиосвязи, не связанной с процессом переизлучения электромагнитных волн, определяется более простым соотношением

{{R}_{\max }}=\sqrt{\frac{{{P}_{0}}GS{{\eta }_{0}}{{\eta }_{1}}}{4\pi {{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}}}} (2.7)

На основе этого уравнения определяется и дальность действия неавтономной РНС.

Из (2.5) и (2.7) видно, что увеличение мощности передатчика и повышение чувствительности приемника (уменьшение {{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}} ) в равной степени сказывается на увеличении дальности действия. При этом зависимость {{R}_{\max }} от отношения {{P}_{0}}/{{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}} В радиолокации   {{R}_{\max }}\approx \sqrt[4]{{{P}_{0}}/{{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}}} более слабая, чем в радиосвязи {{R}_{\max }}\approx \sqrt{{{P}_{0}}/{{P}_{\Pi {\mathrm O}\text{P}}}} . Уравнения (2.5) и (2.7) можно непосредственно использовать только для расчета дальности действия РЛС, РНС и радиосвязи, работающих только в космическом пространстве. Для всех других реальных систем уравнения дальности действия необходимо корректировать с учетом изменения условий распространения радиоволн из-за влияния Земли и ее атмосферы. Это связано с отражением радиоволн от Земли, кривизной ее поверхности, затуханием радиоволн в атмосфере, изменением скорости и направления распространения радиоволн в неоднородной среде.