Загоризонтные РЛС, попытка инженера обьяснить сложное по простому. (часть третья)

И так после убоенных новогодних праздников собрался с силами сесть за третью статью. В этой статье постараюсь максимально просто описать как смотрят за горизонт в настоящие время. Любителей точного академического знания и просто тех кто в теме предупреждаю, что опять упростил всё до неприличия и прошу у вас за это прощение. Так что тяжёлыми предметами чур в меня не бросаться .

ВМЕСТО ПРЕДИСЛОВИЯ

Для тех кто в первые читает эту статью, очень рекомендую прочитать хотя бы первую статью из этого цикла, иначе, если вы не в теме, многое можете не понять и потом достать меня вопросами в комментариях. Так же есть вторая статья на эту тему, она не такая скучная как первая и читать её уже интересней. Те же кто уже читал мои "байки диванного аналитика" раньше, как обычно - конструктивная критика приветствуется. И пишите в комментариях что вам ещё интересно по этой теме, возможно это послужит темами для четвёртой финальной, если это конечно не окажется супер секретной гос. тайной. По поводу этой статьи, постараюсь завершить цикл на ней, но опять же не уверен. Что касается разных хочувсёзнаек на подобие уважаемого Почтальона Печкина, я ни чем не угрожаю, но просто оставлю это здесь:

Люди знайте меру)))

КАК ЗАСТАВИТЬ ИДТИ ВОЛНЫ ЗИГЗАГОМ

Как я раньше писал, в первой статье, волны короче КВ диапазона очень плохо огибают препятствия и распространяться только по прямой. Как же заставить радиоволны двигаться по произвольной, выбранной нами траектории? Ответ простой - при помощи волновода. Сейчас снова будет скучная теория но без неё ни как. Волново́д — искусственный или естественный направляющий канал, в котором может распространяться волна. При этом поток мощности, переносимый волной, сосредоточен внутри этого канала или в области пространства, непосредственно примыкающей к каналу. Щас в меня снова полетят камни, но если совсем по простому... Представьте на минуту радиоволны в виде потока воды, а передатчик это насос который создаёт этот поток, тогда антенна это брандспойт. Сравнение весьма условное, поэтому в нашем воображении ещё будем пренебрегать влиянием земного притяжения (гравитации) на нашу же воображаемую воду. Итак задача, на земле возле здания стоит насос, насос тяжёлый поэтому двигать его нельзя, есть брандспойт что бы направлять поток воды, за углом здания цель которую надо полить водой. Что бы доставить воду к цели достаточно кинуть шланг от насоса за угол. Шланг - это наш волновод, в котором поток воды может течь по выбранному нами направлению, почти не теряя своей мощности. Шланг представляет собой закрытый тип волновода где за счёт отражения от стенок энергия практически не теряется и остаётся в пределах волновода. Есть так же открытый тип волновода. Это когда волна распространяться вдоль границы сред. Снова представляем поток воды, в этот раз из под крана, гравитацию для воды уже можно включать))). Надуваем воздушный шарик и подносим его к потоку воды так что бы поток попадал на него, видим что до нижней точки шарика вода течёт по его поверхности. Вот чисто визуальный пример поверхностного волновода, но стоит помнить что - физика поверхностного натяжения воды и физика распространения радио волн на границе сред, совершенно разные вещи! Физика электромагнитных волн очень сложная и скучная. Именно поэтому я даю простые, можно сказать визуальные объяснения, объясняю что это работает, но не говорю каким образом.

РАДИО ВОЛНОВОДЫ

Самый распространённый волновод который есть почти в каждом доме- это коаксиальный или телевизионный кабель.

Схема строения коаксиального кабеля.

К какому типу волновода относиться коаксиальный кабель можно спорить долго, спорить не будем потому что это не тот ресурс. Другой пример волновода, правда оптического, это оптоволоконный кабель, то же много у кого есть. Теперь поговорим об открытом волноводе. В нём электромагнитная волна распространяться вдоль границы сред с разными электромагнитными свойствами. При таком типе распространения часть энергии излучается наружу, в то время как большая часть энергии продолжает движения вдоль границы сред. В закрытом волноводе происходит нечто подобное, но за счёт того что энергия излучается в замкнутое пространство потери значительно ниже. Хотя в обоих случаях есть потери и затухания, но для простоты будем ими пренебрегать. Пример поверхностного волновода приведу на минском метрополитене, так как волновод хорошо виден почти на всех станциях, в московском он либо спрятан либо используется другой принцип связи, я как-то не интересовался этим вопросом. Пример на фото, обратите внимание что даже на новой станции вдоль путей на высоте вагона идёт провод, это и есть волновод который идёт через все туннели. На крыше вагона с правой его стороны видна красная "лыжа", это антенна радиостанции установленной на поезде.

Фото с открытия новой станции.

При помощи этого волновода, подключенного к радиостанции в диспетчерской, осуществляется связь с поездами находящимися в извилистых тоннелях. Рация в диспетчерской посылает по волноводу сигнал, энергия которого более менее равномерно излучается по всей длине  волновода, этот сигнал могут слышать все поезда в тоннеле. Рация поезда, при помощи хитрой антенны "красной лыжи", то же излучает сигнал. Большая часть энергии этого сигнала поступает на волновод и опять же распространяется вдоль него и равномерно излучается с его поверхности. Поэтому сигнал с поезда слышен и в диспетчерской и другим поездам на этой линии. Возможность радиоволн распространяться вдоль границы сред сильно зависит от длины волн и характеристик этих сред. К примеру граница между водной гладью и воздухом может быть открытым волноводом, почему она может быть и по каким физическим законам... давайте оставим эти вопросы радиофизикам. Наличие влаги в воздухе так же меняет его электромагнитные свойства, поэтому граница сред может проходить между слоем влажного или сухого воздуха, так как по сути это две разные среды. Наличие пылевых частиц в воздухе, разность температур, степень ионизации всё это может создавать в одинаковом вроде бы воздушном пространстве разные среды. Как правило воздух с разными характеристиками расположен слоями над поверхностью земли, и по скольку земля круглая, эти слои повторяют изгиб планеты.

ПРИМЕНЕНИЕ НА ПРАКТИКЕ

Рассматривать буем на примере морского радара берегового базирования, этакого безымянного сферического коня в вакууме, что бы не вдаваться технические характеристики и возможности. Стоит прекрасный солнечный денёк и над водой плотный слой влажного воздуха. Этот слой представляет из себя прекрасный закрытый волновод. Почему закрытый, потому что антенна формирует узкий радио луч, который имеет определённую ширину по горизонтали, а по вертикале его ограничивают границы влажного слоя. Таким образом луч изгибаясь вслед за слоем над водой спокойно уходит за горизонт, и прекрасно отражается от всех объектов которые находятся на не большой высоте либо на поверхности воды, и в этом же слое возвращается обратно. Это один способ как заглянуть за горизонт. Второй способ использовать поверхность воды как открытый волновод, в этом случае луч рада распространяется на границе двух сред. Интересная особенность этого способа что энергия от границы сред излучается как в воздух так и в воду. Тоесть часть мощности сигнала, которая излучилась от границы сред, отражается от цели и снова, и возвращается таким же путём вдоль границы сред к радару. При чём не имеет смысла где находиться цель над водой или под водой, главное на небольшом расстоянии от поверхности. Таким образом можно обнаруживать подлодки которые всплыли на небольшую глубину для пуска ракет. Как можно смотреть за горизонт мы разобрались, теперь как это сделать на практике. Для этого наш радар должен обладать возможностью работать в очень большом диапазоне частот, а так же иметь очень чувствительный приёмник, так как отражённые и пришедшие таким образом сигналы очень слабы. Так же в состав радара, даже скорей радарной станции, должна входить система которая практическим путём, в режиме реального времени, исследует характеристики воздушной среды и водной поверхности. Короче говоря, ищет природные волноводы в пространстве, а так же выясняет какие длины волн по ним лучше всего проходят. На основе этой информации радар формирует зондирующий импульс.

ОБОБЩЕНИЕ

Я описал только два наиболее простых способа смотреть за горизонт на не большое расстояние методом земного луча, на большие расстояния смотрят при помощи небесного луча, об этом я писал в прошлых статьях. Земной луч как раз перекрывает слепую зону небесного луча. На самом деле способов послать земной луч много, в литературе я встречал как минимум 5, некоторые из них довольно сложные, некоторые я сам до сих пор не понимаю, поэтому описал только два из них. В реальности радары используют их все, как по отдельности так и комбинируя. Что касается тех станций что работают над твёрдой поверхностью, способ с водной поверхностью они не используют, они пользуются другими типами природных волноводов как например слой влажного воздуха, или используют способы которые я не описывал. Теперь о физических процессах, чувствую в коментах буду вопли про волну по поверхности воды, в среде влажного воздуха и прочего... Народ, я сам не знаю достоверно физику этих процессов, и подозреваю конструкторы таких радарных систем её так же не знают, они просто нашли и описали законы по которым это работает. Вопрос к вам, если это работает, так важно докапываться до сути, какая это волна электромагнитная, поверхностно акустическая или может "психо-астрономическая"? Даже если важно, это не тот ресурс.

ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ

Статья вышла не совсем такая как хотелось, картинок то же вышло мало. Пришлось много убрать, много переделать, а законы физики вообще выбросить, шутка))) Но надеюсь цели своей достиг, максимально просто и понятно описать принцип. Вопросы на подобие, а какая высота обнаружения самолётов или глубина обнаружения подлодок, а какого размера самолёты, а на какой дальности, а какая мощность, а какие частоты... сразу идут лесом, отвечать на них не буду, всё это зависит от характеристик радара! Рассказывать про современные системы типа "контейнер", "подсолнух" и прочие, скорей всего не буду. Информации по ним крайне мало и высасывать материал из пальца на статью желания нету. Что касается темы ЗРЛС, повторюсь- возможно это последняя статья, но в этом не уверен, всё зависит от того наберётся ли материал и вопросы для четвёртой. Писать продолжу, уже есть темы для пары статей, которые думаю будут интересны читателям. Если вам интересно про что-то узнать, пишите и спрашивайте в комментариях, возможно следующая статья будет как раз об этом. Печкин, если обидел- прошу прощения)))