Общая теория радиолокации и радионавигации. Распространение радиоволн (250,00 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет ОБЩАЯ ТЕОРИЯ РАДИОЛОКАЦИИ И РАДИОНАВИГАЦИИ. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН Под общей редакцией А.Н. Фомина Рекомендовано ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина» (г. Воронеж) в качестве учебника для курсантов (студентов) учебных военных центров (военных кафедр, факультетов военного обучения) при высших учебных заведениях Министерства образования и науки Российской Федерации, обучающихся по специальностям: 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»; 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы»; 11.05.03 «Применение и эксплуатация средств и систем специального мониторинга», рег. № 31 от 28 июня 2017 г. Красноярск СФУ 2017

Стр.2

УДК 621.396.96(073) ББК 32.95я73 О-280 Авторы: А.Н. Фомин, В.А. Копылов, А.А. Филонов, А.В. Андронов О-280 Общая теория радиолокации и радионавигации. Распространение радиоволн : учебник / А.Н. Фомин, В.А. Копылов, А.А. Филонов, А.В. Андронов ; под общ. ред. А.Н. Фомина. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2017. – 318 с. ISBN 978-5-7638-3738-4 В данном учебнике рассмотрены физические процессы, происходящие при распространении радиоволн вблизи поверхности и в атмосфере Земли. Особое внимание уделено описанию физических процессов, происходящих в линиях передачи энергии СВЧ-диапазона. Подробно изложены в теоретическом и практическом плане конкретные типы согласующих устройств, которые применяются в прямоугольных волноводах, коаксиальных линиях для обеспечения передачи максимальной мощности в нагрузку. Предназначен для курсантов учебных военных центров (факультетов военного обучения, военных кафедр) при вузах Министерства образования и науки, обучающихся по специальностям: 11.05.01 «Радиоэлектронные системы и комплексы»; 11.05.02 «Специальные радиотехнические системы»; 11.05.03 «Применение и эксплуатация средств и систем специального мониторинга». Электронный вариант издания см.: http://catalog.sfu-kras.ru УДК 621.396.96(073) ББК 32.95я73 ISBN 978-5-7638-3738-4 © Сибирский федеральный университет, 2017

Стр.3

Оглавление ОГЛАВЛЕНИЕ Список сокращений ...................................................................................... 7 Принятые обозначения ................................................................................ 8 Предисловие ................................................................................................... 10 ЧАСТЬ I. РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН ................................ 13 Глава 1. Область, существенная для распространения радиоволн ........... 14 1.1. Модели и методы расчета радиотрасс ................................................... 14 1.2. Принцип Гюйгенса – Френеля ................................................................ 15 1.3. Зоны френеля. Область, существенная для распространения радиоволн .................................................................................................. 18 1.4. Амплитуда поля за препятствием (дифракционным экраном) ........... 24 Глава 2. Распространение электромагнитных волн вблизи поверхности земли .......................................................................... 26 2.1. Влияние сферичности земли на тактико-технические характеристики радиолокационных станций. Дальность прямой видимости ................................................................. 26 2.2. Отражение радиоволн от плоской земной поверхности ...................... 29 2.2.1. Участок, существенный для отражения радиоволн .................. 29 2.2.2. Анализ коэффициентов Френеля ................................................. 31 2.3. Поле излучателя, поднятого над плоской земной поверхностью ....... 34 Глава 3. Отражение радиоволн от земной поверхности ............................ 38 3.1. Интерференционный множитель ........................................................... 38 3.2. Поле излучателя при малых углах возвышения ................................... 42 3.3. Учет сферической земной поверхности в интерференционных формулах ................................................................................................... 43 3.4. Распространение радиоволн в условиях пересеченной местности и при наличии препятствий .................................................................... 44 3.4.1. Критерий Рэлея .............................................................................. 44 3.4.2. Уклон или подъем местности в сторону излучения .................. 46 3.4.3. Склон, обращенный в сторону излучения .................................. 47 3.4.4. Обрыв, обращенный в сторону излучения ................................. 48 3.4.5. Высокий холм или горный кряж ................................................. 48 Глава 4. Рефракция радиоволн в тропосфере .............................................. 50 4.1. Состав, состояние и электрические параметры тропосферы .............. 50 4.2. Рефракция радиоволн в тропосфере. Уравнение траектории и радиус кривизны луча электромагнитных волн ................................ 53 4.3. Учет тропосферной рефракции при распространении радиоволн над земной поверхностью ....................................................................... 57 4.4. Виды тропосферной рефракции ............................................................. 59 3

Стр.4

Оглавление Глава 5. Тропосферное распространение радиоволн ................................. 63 5.1. Учет тропосферной рефракции при определении угловых координат объектов радиоэлектронными средствами ......................... 63 5.2. Рассеяние радиоволн неоднородностями тропосферы. Дальнее тропосферное распространение .............................................. 65 5.3. Ослабление (затухание) радиоволн в тропосфере. Влияние атмосферы на тактико-технические характеристики РЛС .... 68 Глава 6. Зоны обнаружения радиоэлектронных средств ........................... 71 6.1. Максимальная дальность радиолокационного обнаружения. Максимальная дальность радиосвязи .................................................... 71 6.2. Понятие о зоне радиолокационного обнаружения ............................... 75 6.3. Учет отражения радиоволн от гладкой земной поверхности при определении зоны радиолокационного обнаружения ......................... 76 6.3.1. Учет интерфереционного множителя земли при определении зоны радиолокационного обнаружения ..................................... 76 6.3.2. Влияние неровностей земной поверхности на дальность и зону обнаружения ...................................................................... 79 6.3.3. Влияние тропосферы на дальность и зону обнаружения ......... 80 ЧАСТЬ II. ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ ДИАПАЗОНА СВЕРХВЫСОКИХ ЧАСТОТ ................................................ 85 Глава 7. Общая теория регулярных линий передачи ................................. 86 7.1. Электромагнитные волны в направляющих системах ......................... 86 7.2. Решение уравнений максвелла для однородных направляющих систем без потерь ..................................................................................... 88 7.2.1. Волновые уравнения ..................................................................... 88 7.2.2. Выражение поперечных составляющих поля через продольные составляющие ................................................ 93 7.2.3. Алгоритм расчета электромагнитного поля в направляющих системах ........................................................... 95 Глава 8. Параметры электромагнитных волн в регулярном однородном волноводе без потерь ............................................. 98 8.1. Анализ условий распространения волн в волноводах. Критическая длина волны. Постоянная распространения .................. 98 8.2. Длина волны в волноводе. Фазовая и групповая скорости. Волновое сопротивление ......................................................................... 102 8.3. Мощность, переносимая волной по волноводу .................................... 105 Глава 9. Прямоугольные волноводы ............................................................ 107 9.1. Прямоугольный волновод. Общие сведения о полых волноводах ..... 107 9.2. Волны типа «Е» и «Н» в прямоугольном волноводе ........................... 108 9.2.1. Определение продольных составляющих поля электрических («Е») и магнитных («Н») волн .......................... 108 4

Стр.5

Оглавление 9.2.2. Определение поперечных составляющих поля электрических («Е») и магнитных («Н») волн .......................... 113 9.2.3. Анализ компонент поля в волноводе .......................................... 115 9.3. Диаграмма типов волн в прямоугольном волноводе ........................... 116 9.3.1. Методика построения структуры поля в волноводе ................. 118 9.3.2. Структура поля основной волны прямоугольного волновода ..... 121 9.4. Структуры полей высших типов волн прямоугольного волновода .... 127 Глава 10. Энергетические соотношения в прямоугольном волноводе .... 131 10.1. Способы возбуждения волноводов и отбора энергии из них ............ 131 10.2. Предельная и допустимая мощности, передаваемые по волноводу .......................................................................................... 133 10.3. Учёт потерь в стенках волновода ......................................................... 136 10.4. Конструкции прямоугольных волноводов .......................................... 141 10.5. Выбор размеров прямоугольного волновода ...................................... 142 10.6. Волноводы П- и Н-образных сечений .................................................. 143 Глава 11. Круглые волноводы ...................................................................... 147 11.1. Расчет электромагнитного поля в круглом волноводе ....................... 147 11.1.1. Определение продольных составляющих поля электрических и магнитных волн ............................................... 148 11.1.2. Определение поперечных составляющих поля электрических и магнитных волн ............................................... 152 11.2. Диаграмма типов волн в круглом волноводе. Выбор размеров волновода .................................................................. 155 11.3. Структура полей волн в круглом волноводе ....................................... 157 11.4. Конструкция круглых волноводов ....................................................... 166 11.5. Диэлектрический волновод ................................................................... 167 11.6. Сравнение прямоугольных и круглых волноводов ............................ 169 Глава 12. Коаксиальные и полосковые волноводы .................................... 170 12.1. Коаксиальные волноводы ...................................................................... 170 12.1.1. Основная волна в коаксиальном волноводе ............................. 170 12.1.2. Волна типа «т» в коаксиальном волноводе ............................. 171 12.1.3. Электрические характеристики коаксиального волновода с волной типа «т» ......................................................................... 174 12.2. Конструкции коаксиальных волноводов и выбор поперечных размеров ............................................................................ 177 12.3. Полосковые линии передачи ................................................................. 179 Глава 13. Режимы работы линий передачи ................................................. 185 13.1. Представление регулярного волновода эквивалентной двухпроводной линией передачи ......................................................... 185 13.2. Дифференциальные уравнения длинной линии (телеграфные уравнения) ...................................................................... 190 5

Стр.6

Оглавление 13.2. Суперпозиция прямых и обратных волн в линии передачи .............. 192 13.3. Линия без потерь (идеальная) ............................................................... 195 13.4. Коэффициент отражения и коэффициент отраженной волны. Входное сопротивление линии ............................................................ 197 13.5. Режим бегущей волны ........................................................................... 202 13.6. Режим стоячей волны ............................................................................ 205 13.6.1. Линия, разомкнутая на конце .................................................... 206 13.6.2. Линия, короткозамкнутая на конце ........................................... 210 13.6.3. Линия, нагруженная на реактивное сопротивление ................ 212 13.7. Режим смешанных волн. Основные радиотехнические параметры волноводного тракта .......................................................... 215 13.7.1. Распределение электрических величин в режиме смешанных волн ......................................................................... 215 13.7.2. Нагрузка чисто активная: rk > ρ ................................................. 217 13.7.3. Нагрузка чисто активная: rk < ρ ................................................. 221 13.7.4. Нагрузка комплексная: zk = rk ± j·xk ........................................... 222 13.8. Круговая диаграмма длинной линии, ее применение ........................ 223 Глава 14. Согласование линий передачи ................................................. 231 14.1. Общий принцип согласования. Методы устранения отраженной волны ................................................................................. 231 14.2. Узкополосные согласующие устройства, их конструкции, основные характеристики, методика расчета ..................................... 233 14.2.1. Четвертьволновый трансформатор ........................................... 233 14.2.2. Шлейф Татаринова ..................................................................... 236 14.3. Согласующие устройства в волноводах .............................................. 239 14.4. Согласование при помощи реактивных диафрагм и штырей ............ 240 14.4.1. Согласование при помощи волноводных шлейфов ................ 246 14.4.2. Согласование с помощью четвертьволновых трансформаторов ........................................................................ 248 Глава 15. Электромагнитные колебания в объемных резонаторах .......... 251 15.1. Общие сведения о резонаторах ............................................................. 251 15.2. Свободные колебания в объемных резонаторах волноводной формы .............................................................................. 253 15.3. Собственные длины волн резонаторов. Методы расчета основных параметров ............................................................................ 256 15.4. Способы настройки и подстройки резонаторов .................................. 259 15.5. Добротность резонатора. Применение резонаторов ........................... 260 Заключение ..................................................................................................... 263 Библиографический список ........................................................................ 265 Приложения .................................................................................................... 266 6

Стр.7