Разработка нелинейного радиолокатора для обнаружения электронных устройств, содержащих нелинейные компоненты, страница 8

Величины амплитуд гармоник отраженного электромагнитного поля зависят от многих факторов: вида вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик нелинейных элементов и их частотных свойств, взаимного расположения нелинейных элементов в пространстве, наличия реактивных нагрузок, соотношения между размерами объекта поиска и длины волны первичного поля, наличия маскирующего слоя грунта и его электрических параметров и др. Основная доля энергии, отраженной от объекта с нелинейными свойствами, сосредоточена на частоте падающего поля и только небольшая ее часть — на частотах гармоник. Отражательные характеристики объекта поиска в СВЧ диапазоне волн можно характеризовать переизлученной (нелинейной) мощностью Р_н и эффективной площадью рассеяния на гармонике σ_н, которую принято называть нелинейной эффективной поверхностью рассеяния (НЭПР).

При этом, по аналогии с эффективной поверхностью рассеяния (ЭПР), можно определить, что НЭПР есть отношение мощности излучения изотропного излучателя на частоте гармоники первичного поля, создающего в месте расположения приемного устройства такую же плотность потока мощности, как и реальный объект поиска, к плотности потока мощности первичного поля, падающего на объект поиска.

Теоретическое определение НЭПР реальных объектов поиска затруднительно. Поэтому на практике отражательные свойства объектов определяют экспериментально.

 Многочисленные эксперименты, проведенные в 70-х годах XX в. с использованием малоразмерных объектов показали, что между падающим и отраженными полями дециметрового диапазона в свободном пространстве имеют место зависимости:

 где  — переизлученная мощность на частоте гармоники;  - нелинейная ЭПР (НЭПР); — нормированная НЭПР, численно равная  при  равной 1 Вт/м², имеет размерность м²т Вт^1-m. Величина НЭПР зависит от направления в пространстве. Поэтому в дальнейшем, если специально это не оговорено, будем использовать их максимальные значения. Основные эксперименты данного цикла исследований проводились при  составляющей от 0,03 до 3 Вт/м² в диапазоне частот 0,5—1 ГГц. Для большинства реальных малоразмерных объектов эффекта «насыщения» НЭПР не наблюдалось. В то же время этот эффект имел место для резонансных объектов (полуволновых вибраторов с включенными в их центр нелинейными элементами) при  больше 0,5—1 Вт/м². Эти экспериментальные зависимости достаточно удовлетворительно согласуются с результатами других работ в области нелинейной радиолокации, посвященных обнаружению металлических объектов.

НЭПР нелинейных резонансных СВЧ маркеров составляет 10^-4—10^-6 м² на второй гармонике. Причем в качестве линейной части маркера целесообразно использовать антенны магнитного типа (шлейф-вибраторы, рамки и др.). Это особенно важно при установке маркера в толщу полупроводящей среды (растительности, снега, грунта).

 Экспериментально установлено, что НЭПР большинства малоразмерных объектов, содержащих не полностью экранированные электронные устройства в своей конструкции (неконтактные и электронно-контактные датчики и др.) составляют 10^-7—10^-11 м² на второй гармонике и 10^-10—10^-12 м² на третьей гармонике — при  равной 1 Вт/м². Например, НЭПР радиоуправляемого взрывного устройства (рис.2.2.1) составляет 10^-8м² на второй гармонике и 10^-10 м² на третьей. Частота облучающего СВЧ поля составляет 840 МГц. Отражательная способность на гармониках объектов с нелинейными свойствами увеличивается с ростом плотности потока мощности падающей на них волны. Поэтому для увеличения дальности действия нелинейной радиолокационной станции (НРЛС) целесообразно увеличивать пиковую мощность зондирующего СВЧ импульса, то есть использовать мощные радиоимпульсы с большой скважностью.

Интересно отметить, что величины ЭПР этих же нелинейных малоразмерных объектов составляли 10^-3—10^-3 м². То есть намного больше, чем их НЭПР на гармониках.

Перед созданием промышленного образца нелинейного локатора в СССР были проведены теоретические и экспериментальные исследования, основной задачей которых являлось выяснение зависимости основного уравнения радиолокационного наблюдения для нелинейного радиолокатора