Радіолокація

Можливість спрямувати ультракороткі хвилі вузьким пучком (сфокусувати промінь) використовується і в радіолокації. Радіолокація (від лат. radius – промінь і locatio – розміщення) –- галузь науки й техніки, предметом якої є спостереження за допомо­гою радіотехнічних методів за різними об’єктами, їх виявляння, роз­пізнавання, визначення їхнього місцезнаходження.

У радіолокації використовують ультракороткі електромагнітні хвилі частотою від 100 до 1000 МГц. Радіолокаційний пристрій – радар – складається з передавальної та приймальної частин. Принцип дії радіолокатора є таким (рис. 7). Від потужного радіопередавача за допомогою параболічної антени посилається імпульс гостронапрямленої радіохвилі. Досягнувши цілі, радіохвиля відбивається від неї й повертається назад. Відбита хвиля вловлюється тією самою антеною й реєструється приймачем, який має додатковий вимірювальний пристрій – індикатор. Оскільки відбитий радіосигнал набагато слабший за посланий, то приймач має дуже високу чутливість, тому під час прийому імпульсу антену відключають від передавача.

Радіосигнали, які посилає ра­діолокатор, являють собою коротко­часні (тривалістю мільйонні частки секунди), але дуже потужні імпульси радіохвиль. Щойно імпульс послано, антенний перемикач вимикає передавач і водночас вмикає прий­мач. Імпульси йдуть через рівні проміжки часу, причому паузи між імпульсами в сотні разів триваліші за самі імпульси. У цілому зви­чайний радіолокатор протягом години лише кілька секунд посилає радіосигнали, а решту часу «слухає» радіовідлуння.

Відстань з до об’єкта визначається часом t проходження радіоімпульсу до цілі й назад. Оскільки швидкість поширення електромагнітних хвиль у повітрі практично дорівнює швидкості поширення світла с у вакуумі, то:

.

На екрані індикатора, який нагадує екран телевізора, за до­помогою спеціальної шкали спостерігач безпосередньо бачить, чому дорівнює відстань до об’єкта (рис.8). Якщо об’єкт перебуває на малій відстані від радара, то відбитий сигнал може надійти раніше, ніж закінчиться час випромінюван­ня імпульсу, антенний перемикач не встигне ввімкнути приймач, і об’єкт не буде виявлено. Тому мінімальну відстань виявлення об'єкта можна визначити зі співвідношення:

,

де τ – тривалість імпульсу.

Рис.7. Принципова схема роботи радіо­локаційного пристрою	Рис. 8. У моменти посилання й приймання радіоімпульсу на екрані індикатора з’являються «сплески»: біля нульової позначки і біля позначки, що відповідає від­стані до об’єкта. З рисунка видно, що один об’єкт перебуває на від­стані 30 км, другий – 97 км

Якщо об’єкт перебуває на дуже великій відстані від радара, то відбитий сигнал може надійти вже після посилання наступного ім­пульсу. Тому максимальну відстань виявлення об’єкта можна визначити зі співвідношення:

,

де ν₀ – частота посилання імпульсу (не плутати з частотою коливань випромінюваного сигналу).

Збільшуючи проміжок часу між імпульсами, ми не зможемо досягти якої завгодно великої дальності виявлен­ня об’єктів: у цьому випадку вона буде обмежена кривизною земної поверхні. Радіолокація набула дуже широкого застосування в багатьох галузях життя людини. Без радіолокації неможливо обійтися, на­приклад, у таких сферах:

1) метеорологічне забезпечення польотів, керування повітря­ним рухом, радіолокаційне забезпечення посадки повітряних суден і космічних апаратів, виявлення повітряних цілей, панорамний огляд поверхні, розпізнавання державної належності літальних апаратів;

2) визначення рельєфу поверхні морів і океанів, картографу­вання берегової лінії, спостереження за біологічними явищами, про­ведення льодової розвідки;

3) визначення швидкості руху автотранспорту. Спосіб такого визначення ґрунтується на ефекті Доплера.

Ефект Доплера – явище змінення частоти хвиль, які реє­струє приймач, викликане рухом їхнього джерела і (або) рухом при­ймача.

Прояв ефекту Доплера є таким. Коли джерело хвиль наближа­ється до приймача, частота хвиль, що їх реєструє приймач, збіль­шується. При цьому чим швидше наближається джерело, тим вища частота хвиль, що сприймаються. А коли джерело віддаляється від приймача, частота хвиль, що їх реєструє приймач, зменшується.

На ефекті Доплера ґрунтується дія радарів, що дозволяють визначати порушників правил дорожнього руху, які перевищують швидкість. Пістолет-радар випромінює радіохвильовий сигнал, який відбивається від металевого кузова машини, що рухається. Назад на радар сигнал надходить уже з доплерівським зміщенням частоти, значення якого залежить від швидкості руху машини. Зіставляючи частоти вихідного та вхідного сигналів, прилад автоматично обчислює й виводить на екран значення швидкості руху машини.