Как формируется радиолуч

Читатель уже ознакомился с причинами, заставляющими радиолокатор посылать электромагнитную энергию узким лучом. Как уже было сказано, приходится использовать «лучи» различной формы. В дальнейшем, при ознакомлении с работой отдельных типов станций, станет понятно, чем продиктовано это различие в формах «луча». Теперь же необходимо получить представление о способах

Полуволновый вибратор.

формирования луча, выяснить, как используются для этой цели свойства радиоволн.

Обыкновенная антенна для телевизора устроена так. Два стержня расположены рядом и являются как бы разведенными в разные стороны концами подходящей к ним двухпроводной линии или кабеля. Общая длина обоих стержней равна половине длины волны, на которой работает телевизионный центр. Такая антенна называется полуволновым вибратором, или диполем. Разумеется, диполь может служить как приемной антенной, так и передающей; его свойства при этом не изменяются.

Все телевизионные антенны расположены в одном совершенно определенном направлении. Если под прямым углом к стержням антенны провести линию, она укажет направление, где находится антенна передающего телевизионного центра. Такая ориентировка телевизионных антенн не случайна. Дело в том, что в направлениях, лежащих в плоскости, перпендикулярной стержням, лежит зона наибольшей чувствительности такой антенны. Если вибратор сделать передающей антенной, то в этих направлениях будут {32} излучаться наибольшие сигналы. В направлении стержней телевизионная антенна абсолютно «слепа». Разумеется, такое снижение чувствительности от одного направления к другому происходит плавно.

Излучаемая передающим вибратором энергия «заполняет» пространство по вполне определенному закону. Но достаточно поместить рядом второй вибратор, как интерференция совершенно исказит эту картину. Простой металлический стержень, расположенный рядом с излучающим вибратором, окажет значительное влияние. Возбужденные в нем переменные токи высокой частоты создадут собственное поле излучения, отраженные волны. За счет сложения с основными волнами происходит изменение облучаемой области.

Директорная антенна.

В радиолокационных антеннах первоначальным излучателем энергии чаще всего служит обычный полуволновый вибратор. Различные сочетания этих вибраторов или комбинация одного вибратора с «пассивными», ни к чему не подсоединенными проводниками позволяют направить излучаемую энергию в заданном направлении. К числу таких антенн относится так называемая «директорная» (направляющая) антенна.

Активным излучателем энергии в ней служит обычный полуволновый вибратор. К нему подсоединяется приходящая от передатчика двухпроводная линия. На расстоянии порядка четверти длины волны на общей рее укреплен металлический стержень длиной около половины волны. Он называется рефлектором (отражателем). Волны, излученные активным вибратором, и отраженные волны рефлектора интерферируют между собой так, что ослабляют излучение в сторону рефлектора и усиливают в сторону, противоположную ему. Такая приемная антенна часто используется и для телевизора, особенно на большом расстоянии от телевизионного центра, когда сила поля невелика и приходится повышать чувствительность.

Для того чтобы образовать узкий луч, необходимо всю энергию направить лишь в одну сторону. В упомянутой директорной антенне {33} для этой цели применяется ряд стержней, несколько меньших по длине, чем активный вибратор. Все они укреплены на общей рее и находятся перед вибратором. Расстояния между ними подобраны таким образом, что их собственные поля, складываясь с полями активного вибратора и рефлектора, еще более усиливают излучение в нужную сторону. Такие стержни называются директорами (направителями), откуда и получила свое название антенна.

Для формирования радиолуча используются многие свойства электромагнитных волн. Естественно, что общность природы световых и радиоволн позволяет перенести в радиолокацию и методы формирования светового луча.

Принцип действия рефлекторной антенны.

Прежде всего вспомним устройство прожектора. Он представляет собой большое вогнутое зеркало с находящимся в его фокусе мощным источником света — электрической дугой.

Такой метод формирования луча может быть перенесен в радиолокацию. Правда, сравнительно большие размеры радиоволн заставляют строить очень большие «зеркала» — рефлекторы. Для более коротких волн, используемых в радиолокации (например, сантиметровых), практическое выполнение таких «зеркал» не вызывает особых трудностей. Для метровых волн уже пришлось бы строить рефлекторы огромных размеров. Механическое перемещение таких антенн во время поиска цели было бы исключительно сложным, практически невозможным делом. Источником излучения, расположенным в фокусе, может служить обычный вибратор с отражателем. Он излучает почти всю энергию в сторону вогнутого «зеркала», и уже оттуда она направляется в пространство. Размеры металлических «зеркал» даже на сантиметровом диапазоне все же достаточно велики. Поэтому для облегчения веса их делают «решетчатыми». Допустимые «размеры» отверстий зеркала определяются длиной используемой волны. Они должны быть значительно меньше (примерно раз в 10) ее длины. В световой оптике есть еще один хороший способ преобразования сферического фронта волны (пучка лучей, расходящихся веером из одной точки) в плоский фронт (в «строй» параллельных лучей). Это достигается с помощью обыкновенных стеклянных линз. Линза, как известно, сводит в одну точку — фокус — прошедшие через нее параллельные лучи. Зная свойства электромагнитных и, следовательно, световых волн, это легко объяснить. Лучи света, попадая из воздуха в стекло, преломляются. Форма

Различные конструкции рефлекторных антенн.

поверхности линзы такова, что на краях лучи преломляются больше, ближе к центру — меньше.

Совершенно естественно, что в радиолокации также можно применить линзы для формирования узкого луча из расходящихся веером радиоволн. Но здесь сказалась разница в длинах волн. Линзы для антенн, изготовленные из непроводников электрического тока, получались очень большого размера. Их производство было сравнительно сложным делом. Тогда на помощь пришла физика. Ведь самое главное в линзе — это преломление лучей. Оно происходит, как мы уже знаем, за счет различия скорости в воздухе и материале линзы. Скорость распространения фронта радиоволны между двумя параллельными металлическими пластинами несколько больше, чем скорость в воздухе. Значит, если сделать линзу из параллельных пластин, то распространяющаяся вдоль них волна как бы убыстряет свое движение. Если в центре линзы пластины будут короче, а к краю длиннее, то «лучи», проходящие на краях, станут «обгонять» центральные «лучи». Фронт волны повернется. Такая линза будет преломлять электромагнитные волны.

Одним из распространенных методов излучения на сантиметровых волнах является применение рупоров. Как уже говорилось,

Рупорные антенны.

в этом диапазоне (сантиметровом) энергия передается по волноводам. Волновод прямоугольного или круглого сечения заканчивается рупором. В свою очередь рупор обладает качествами хорошего излучателя энергии. Обычно он используется в фокусе отражательного зеркала.

Существуют и другие методы формирования радиолокационного луча. Различные требования, предъявляемые к станциям, различные условия их эксплуатации определяют тот или иной способ обеспечения направленности.