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.