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 — мощность передатчика РЛС, — коэффициент усиления передающей антенны, — к.п.д. фидерной линии передающей антенны. Тогда плотность потока мощности первичного поля в области объекта определяется выражением
(2.2)
где 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 , которая переизлучает всю падающую на нее энергию изотропно, создавая у приемной антенны РЛС такую же плотность потока мощности, что и объект. Площадь и определяет ЭПР объекта. Объектом, имеющим ЭПР , переизлучается мощность . Таким образом, у приемной антенны РЛС, находящейся на расстоянии от объекта, создается плотность потока мощности
.(2.3)
Подставляя сюда выражение (2.2) и учитывая соответствующее выражение для мощности сигнала на входе приемника , где — эффективная площадь приемной антенны; — к.п.д. фидерной линии приемника, в результате получим
(2.4)
Отсюда можно определить дальность действия активной системы РЛС в свободном пространстве. Дальность действия определяется из уравнения , где — 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
(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 может быть получено из выражения (2.3). Формула для расчета ЭПР может быть представлена в виде
(2.6)
где и — 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
(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 ) в равной степени сказывается на увеличении дальности действия. При этом зависимость от отношения В радиолокации более слабая, чем в радиосвязи . 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.