Пассивные микроволновые системы. Теория антенн, страница 4

Чувствительность антенны _________ — это наименьшее изменение температуры антенны, которое система может распознать, Tsys — температура шума системы, С — коэффициент, который зависит от конструкции радиометра и параметров определения чувствительности. Обычно С лежит в диапазоне от 5 до 10, a ____________ и ______________ выбираются таким образом, чтобы чувствительность _______________ была порядка 1 К.

7.2.3. Сканирующие радиометры

Допустим, пассивный микроволновый радиометр работает на борту спутника на высоте 800 км и на частоте 10 ГГц. Следовательно, длина волны будет равна 3 см, и даже если ширина антенны составляет 1 м, то пространственное разрешение радиометра по поверхности Земли будет около 20 км. Область чувствительности радиометра по поверхности Земли определяется контуром диаграммы направленности антенны.

Предположим, необходимо получить изображение полосы поверхности Земли шириной 1000 км с пространственным разрешением 20 км. Тогда понадобится около 50 антенн, направленных на разные области этой полосы. Так как антенна занимает площадь около 1 квадратного метра, то такая конструкция будет занимать большую площадь и значительно увеличит массу спутника. Поэтому для поставленной задачи используется механически сканирующий поверхность Земли радиометр.

Метод сканирования основан на механическом управлении антенной. Вращаться может либо только антенна, либо вся платформа, на которой крепится система. Последний способ чаще применяется в космических измерениях, чем в аэроизмерениях. Наиболее распространенным способом сканирования является коническое сканирование, при котором луч антенны вращается вокруг надира под фиксированным углом к направлению надира. Этот способ проиллюстрирован на рис. 7.4. Данный способ отличается от способа сканирования, описанного в п. 6.3.6, где принимаемое излучение образует постоянный угол с направлением надира. В этом случае упрощается задача введения поправок на атмосферные эффекты.

Недостатком механического сканирования является то, что могут возникнуть нежелательные осцилляции или вибрации всей системы, которые приведут к ошибкам ориентации луча и потере пространственного разрешения. Альтернативой механическому сканированию служит применение электрически сканирующей антенны. В этом случае в системе нет движущихся частей. Антенна представляет собой решетку из относительно маленьких антенн (волноводов, рупорных антенн или диполей). Сигналы, получаемые каждой отдельной антенной, можно ускорить или замедлить по фазе посредством электронного управления (иногда к таким антенным системам применяется название фазированная антенная решетка), и получается сканирование луча.

На рис. 7.5 приведена схема электрического управления лучом. Упрощенная антенна состоит всего из восьми элементов с постоянным расстоянием между ними d. Сигналы от этих элементов смещаются по фазе, а затем соединяются вместе. Если не применять смещение фазы и элементы антенны примыкают друг к другу, то система функционирует как обычная антенна с шириной 8d и диаграммой направленности, у которой направление основного лепестка ____________ и ширина его равна ______________ рад.

Если излучение поступает под углом __________, то фаза на детекторе 2 равна ________________ и опережает фазу на детекторе 1 (k — волновое число _______________), фаза на детекторе 3 опережает фазу на детекторе 2 и т.д. Чтобы соединить все сигналы нужным образом, вводятся задержки фазы от _________ до _____________, которые компенсируют опережения. Таким образом, вводя фазовый градиент по лучу, можно сместить направление основного лепестка диаграммы направленности.