Разработка нелинейного радиолокатора для обнаружения электронных устройств, содержащих нелинейные компоненты, страница 12

Оценим величину предельной дальности обнаружения идеализированного объекта поиска в виде нелинейного полуволнового электрического вибратора, в центр которого включен высокочастотный полупроводниковый диод. Предельная дальность обнаружения данного резонансного объекта будет больше, чем обычных периодических (реальных) объектов.

Пусть под воздействием падающего поля  (и, соответственно ) в вибраторе наводится ЭДС. Считаем, что ось вибратора параллельна вектору :

где  действующая высота полуволнового вибратора, равная:

при этом — длина волны первичного поля.

Известно, что плотность потока мощности электромагнитного поля и напряженность его электрической составляющей связаны соотношением:

где — волновое сопротивление свободного пространства.

Кроме того, из теории радиолокации также известно, что вторичное поле у антенной системы радиолокатора равно:

где  — ЭПР объекта поиска, м².

Из экспериментов известно, что для нелинейного полуволнового вибратора при  более 1—2 Вт/м² зависимость между и становится постепенно линейной. Здесь имеется некоторая аналогия по отношению к режимам работы квадратичного и линейного диодного детекторов. В нашем случае «насыщение» обусловлено тем, что при использовании дециметровых волн при  более 1—2 Вт/м² в полуволновом вибраторе наводится ЭДС более 1—2 В. Например, при = 1 Вт/м², = 0,6 м, = 377 Ом в полуволновом вибраторе наводится ЭДС, равная 3,68 В. В большинстве случаев для «апериодических» нелинейных объектов «насыщение» наступает при  более 10 Вт/м². Известно, что в нелинейной радиолокации целесообразно использовать импульсный режим работы с большой скважностью ( примерно равной 10³—10⁴). При этом выход из строя нелинейного элемента будет обусловлен электрическим пробоем, а не тепловым. Здесь имеется некоторая аналогия с электрическими процессами в волноводах СВЧ. Наибольшая проходящая мощность для них ограничивается электрическим пробоем, а не тепловыми процессами. Величина напряжения пробоя для большинства ВЧ полупроводниковых р-п переходов составляет от 50—70 до 150 В. В нелинейной радиолокации при больших  ( более 1—10 Вт/м²) величина НЭПР входит в «насыщение» и не зависит от величины 1-го поля. То есть в этом случае нелинейный объект поиска становится линейным — как в обычной радиолокации. Но вторичное поле (отраженное) все равно регистрируется на гармонике, а не на основной частоте. На практике величина НЭПР на 2-ой гармонике в режиме «насыщения» на 1—2 порядка больше, чем «нормированная» НЭПР (т.е. при  равной 1 Вт/м²).

Из всего изложенного величину плотности потока мощности у приемной антенны НРЛС на гармонике можно оценить по следующей формуле:

где — НЭПР в режиме «насыщения»;
 — расстояние между объектом поиска и НРЛС;

— напряжение на нелинейном элементе.

Отсюда выражение для предельной дальности обнаружения в свободном пространстве полуволнового нелинейного диполя, при котором величина U достигнет напряжения пробоя  имеет вид:

где — заданная чувствительность (по полю) приемника НРЛС.
При оценке максимальной дальности обнаружения реальных объектов они могут быть заменены полуволновым диполем, в центре которого, помимо диода, включена комплексная линейная нагрузка. Эта нагрузка уменьшает НЭПР вибратора до величины, равной НЭПР реального объекта. Поэтому в первом приближении, данной формулой можно воспользоваться при оценке предельной дальности обнаружения реальных объектов, взяв их НЭПР в режиме «насыщения».

Ранее были получены зависимости предельной дальности обнаружения различных объектов от чувствительности (по полю) приемного устройства НРЛС. Установлено, что при реально достижимой чувствительности приемника НРЛС 10^-13—10^-12 Вт/м² дальность лежит, ориентировочно, в пределах 1—10 км. Однако ее практическая реализация требует весьма большой плотности потока мощности в месте расположения объекта — несколько сотен Вт/м². Как уже показано ранее, реальные дальности обнаружения нелинейных объектов поиска импульсной мощности  равной 50 кВт (средняя мощность в антенне — десятки Вт) с наземного носителя — до 100 м, а с воздушного — несколько сотен метров.