Радиофизические методы дистанционного зондирования земли, страница 17

Возбуждение радиоволн системой переменных во времени токов и зарядов связано с конечностью величины скорости распространения электромагнитных волн. Если размеры излучателя таковы, что время распространения возмущения между его частями сравнимо с периодом колебаний, то нарушается условие квазистационарности  и часть энергии преобразуется в энергию  электромагнитных волн, покидающих систему. В ближней зоне излучателя величины напряженностей электрического и магнитного вектора не совпадают по фазе и убывают пропорционально rⁿ, где n ≥ 2. В дальней зоне эти характеристики поля совпадают по фазе и убывают пропорционально первой степени расстояния r.

Рис. 9. Поле вибратора Герца в ближней волновой зоне

Так например для вибратора Герца форма силовых линий напряженности электрического поля представлена на рис. 9 мгновенными «фотографиями», рассчитанными через интервалы времени t = T/8. В дальней зоне излучаемая энергия определяется проекциями напряженностей электрического вектора на θ – линию (в сферической системе координат) и магнитного вектора на φ – линию:

,                                (1.9.2)

где I₀ – амплитудное значение тока в вибраторе, l – линейные размеры вибратора, k – волновое число, равное 2π/λ .

Если представить линейную антенну в виде совокупности элементарных вибраторов, а затем проинтегрировать  поле в дальней зоне, используя (1.9.2), то для антенн, на длине которых укладывается целое число  n – полуволн, получается формула для величины напряженности E_θ:

             (1.9.3)

На рис. 10  изображены диаграммы направленности линейных антенн для случаев, когда n = 1, 2, 3.

Рис. 10. Диаграммы направленности линейных антенн

Все антенны, как правило, характеризуются коэффициентом направленного действия (КНД), показывающим, во сколько раз мощность, излученная антенной в определенном направлении, больше мощности излученной в том же направлении идеальной антенной (с такой же полной мощностью), равномерно излучающей во всех направлениях. Так например, для антенны при  n = 1 (полуволновой вибратор), в направлении максимума излучения  (θ = π/2) величина КНД = 1,64, а для элементарного вибратора в том же направлении КНД = 1,5. 

ЧАСТЬ II.   МЕТОДЫ РАДИОЛОКАЦИИ

§ 1. ОСНОВНЫЕ ВЕЛИЧИНЫ И ПОНЯТИЯ

Локация представляет собой совокупность методов определения направления на объект и местоположения объекта по создаваемому им электромагнитному полю (пассивная локация) или по отражению от него электромагнитных волн, создаваемых внешними источниками, а также специальными устройствами (активная локация). По интенсивностям излученного или отраженного сигнала составляются своеобразные локационные карты, которые характеризуют распределение яркости по поверхности исследуемого объекта и тем самым решаются более широкие задачи по его распознаванию. Радиолокационная карта в сочетании с измерением степени поляризации отраженного сигнала может служить основой для определения физических характеристик среды, ее диэлектрических и магнитных свойств. Измерение сдвига частоты и запаздывания сигнала позволяют выявить движение объекта и детали его формы. Все сказанное делает локацию естественным элементом зондирования. При этом наиболее важными энергетическими характеристиками излучения ЭМВ являются следующие:

1.  Мгновенная мощность излучения   представляющая собой величину энергии излученной или отраженной объектом за единицу времени.

2.  Спектральная поверхностная плотность мощности излучения  – мощность, приходящаяся на единицу частоты, излученная с единицы поверхности тела. В оптических терминах эту величину называют светимостью.

3.  Спектральная сила излучения   представляет собой спектральную мощность излучения, приходящуюся на единицу телесного угла. Аналогичная величина в оптике называется силой света и измеряется отношением , где dΩ – телесный угол, определяемый следующим образом:  .