Способ радиолокации и устройство для его реализации

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат - обеспечение высокой направленности излучения и приема электромагнитного импульса без громоздкой и дорогостоящей антенны; обеспечение скрытной работы радиолокатора, защищенности его от самонаводящихся ракет; уменьшение мощности и габаритов передатчика. Способ радиолокации заключается в том, что в заданном направлении пространства излучают и принимают отраженный от цели электромагнитный высокочастотный импульс, указанный импульс излучают и принимают с помощью трансформатора Тесла по пространству, ограниченному соосной с проводящим каналом цилиндрической поверхностью, имеющей диаметр, равный длине волны, а проводящий канал в заданном направлении пространства создают с помощью направленного фотоионизирующего луча. Устройство для радиолокации содержит передатчик (1), приемник (2), переключатель прием-передача (3), оконечное устройство (5), квантовый генератор (8) направленного фотоионизирующего луча, создающий направленный проводящий канал (10), электроизолирующий экран (9), трансформатор Тесла (7). 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретения относятся к области радиолокации, в частности к области активной радиолокации.

Известен способ радиолокации, заключающийся в направленном излучении электромагнитной волны с помощью одной направленной антенны, приеме отраженной волны с помощью другой направленной антенны и регистрации принятого сигнала с помощью оконечного устройства (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации. - М.: Советское радио, 1973, с.6).

Известный способ реализуется с помощью устройства, содержащего передатчик, первую направленную антенну, вторую направленную антенну, приемник и оконечное устройство. Причем выход передатчика подключен к первой направленной антенне, вход приемника подключен к второй направленной антенне, а его выход подключен к входу оконечного устройства.

В известном способе и устройстве в передатчике формируется мощный высокочастотный электрический сигнал, он поступает на вход первой направленной антенны и в заданном направлении излучается электромагнитная волна. Достигнув цели, она отражается и принимается второй направленной в этом же направлении антенной. Принятый сигнал поступает на вход приемника, усиливается, отфильтровывается и поступает на вход оконечного устройства, где происходит регистрация обнаруженной цели и определение ее параметров.

К недостаткам указанного способа и устройства следует отнести необходимость применения двух направленных антенн и их взаимной синхронизации.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ и устройство для радиолокации (Финкельштейн М.И. - М.: Советское радио, 1973, с.17). Способ (фиг.1) заключается в том, что формируют мощный высокочастотный электрический импульсный сигнал с помощью передатчика 1, излучают электромагнитный импульс в заданном направлении пространства с помощью направленной антенны 4, которую соединяют с передатчиком на время излучения импульса с помощью переключателя прием-передача 3, принимают отраженный от цели 6 электромагнитный импульс с помощью той же направленной антенны 4, которую подключают на время приема к приемнику 2 с помощью переключателя прием-передача 3, обрабатывают сигнал в оконечном устройстве 5 и регистрируют обнаруженную цель 6.

Наиболее близкое к предлагаемому устройство для радиолокации (фиг.1) содержит передатчик 1, приемник 2, переключатель прием-передача 3, направленную антенну 4 и оконечное устройство 5. При этом выход передатчика 1 подключен к первому входу переключателя прием-передача 3, вход приемника 2 подключен ко второму входу этого переключателя, выход приемника 2 подключен к входу оконечного устройства 5, выход переключателя прием-передача 3 подключен к антенне 4.

К недостаткам наиболее близкого способа и устройства следует отнести:

- необходимость громоздкой, особенно для радиолокаторов низкочастотного диапазона направленной антенны, так как выраженные направленные свойства у антенны появляются тогда, когда ее размеры много больше длины излучаемой электромагнитной волны;

- диаграмма направленности антенны имеет сравнительно большой уровень боковых лепестков (до минус 20 дБ). Излучаемая по боковым лепесткам мощность позволяет разведывательным средствам противника обнаруживать радиолокатор с любого направления, ставить активные помехи и, кроме того, наводить на него ракеты для физического уничтожения радиолокатора;

- мощность принятого антенной отраженного от цели сигнала обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до цели. Поэтому требуется передатчик, способный развивать в импульсе мощность порядка мегаватт.

Таким образом, решаемой задачей (техническим результатом) изобретения является:

- обеспечение высокой направленности излучения и приема электромагнитного импульса без громоздкой и дорогостоящей антенны;

- обеспечение скрытной работы радиолокатора и его защищенности от самонаводящихся ракет;

- уменьшение мощности и габаритов передатчика.

Поставленная задача (технический результат) решается тем, что в способе радиолокации, заключающемся в том, что излучают в заданном направлении и принимают отраженный от цели электромагнитный импульс, согласно изобретению излучают в заданном направлении и принимают отраженный от цели электромагнитный импульс по проводящему каналу с помощью преобразователя, а проводящий канал в заданном направлении создают с помощью фотоионизирующего луча.

Поставленная задача решается также тем, что преобразователь выполнен в виде трансформатора Тесла.

Поставленная задача решается также тем, что направленный фотоионизирующий луч создают с помощью квантового генератора (лазера) оптического или рентгеновского диапазона.

Поставленная задача решается также тем, что излучают в заданном направлении и принимают отраженный от цели электромагнитный импульс с помощью проводящего канала, протяженность которого меньше или равна расстоянию до цели.

Поставленная задача (технический результат) решается также тем, что в устройство для радиолокации, содержащее импульсный высокочастотный передатчик, приемник, переключатель прием-передача и оконечное устройство, причем выход импульсного высокочастотного передатчика подключен к первому входу переключателя прием-передача, а вход приемника подключен ко второму входу этого переключателя, выход приемника подключен к оконечному устройству, согласно изобретению введены квантовый генератор направленного фотоионизирующего луча, создающего направленный проводящий канал, электроизолирующий экран, прозрачный для излучения квантового генератора, и трансформатор Тесла, причем электроизолирующий экран установлен соосно с фотоионизирующим лучом между квантовым генератором и одним из выводов вторичной обмотки трансформатора Тесла, этот вывод трансформатора подключен к началу проводящего канала, а выход переключателя прием-передача подключен к первичной обмотке трансформатора Тесла.

Поясним сущность заявленного изобретения.

Для создания проводящего канала в заявленном изобретении предлагается использовать эффект фотоионицации, заключающийся в выбивании электронов с верхних или нижних электронных оболочек атомов при воздействии на них высокоэнергетическими фотонами (Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. - М.: Наука, 1980, с.368). В частности, таковыми являются фотоны ультрафиолетового и рентгеновского излучения. Кроме того, ионизация среды возможна при ее нагревании излучением оптического диапазона. При этом среда становится проводящей, так как содержит свободные заряды.

Общеизвестна высокая направленность излучения квантовых генераторов (лазеров), в том числе и рентгеновского диапазона (Элтон, Раймонд. Рентгеновские лазеры. Пер. с англ. - М.: Мир, 1994, с.20). Предлагается использовать излучение таких генераторов для создания проводящего канала в заданном направлении.

К созданному проводящему каналу в его начале гальванически или через емкостную связь подключается один из выводов вторичной обмотки трансформатора Тесла, второй вывод этой обмотки остается свободным. При поступлении на первичную обмотку этого трансформатора высокочастотного сигнала, во вторичной обмотке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), которая создает на входе проводящего канала повышенную (пониженную, в зависимости от фазы) плотность зарядов. Благодаря наличию свободных зарядов в проводящем канале в нем возникает бегущая волна повышенной (пониженной) плотности зарядов. Волна зарядов распространяется со скоростью света.

Эту волну можно рассматривать как движущийся со скоростью света электрический диполь. Силовые линии этого диполя начинаются и заканчиваются между фазами повышенной и пониженной плотности зарядов (фиг.3) в проводящем канале. Электрическое поле этого скользящего диполя не успевает удаляться от проводящего канала на расстояние более половины длины волны. При этом оно возбуждает в окружающем диполь пространстве вокруг проводящего канала вихревое магнитное поле, которое также не может распространиться от проводящего канала на расстояние более половины длины волны.

Таким образом, одновременно с волной зарядов вдоль проводящего канала распространяется электромагнитная волна. Ее энергия не рассеивается в пространстве благодаря тому, что электрические силовые линии замкнуты на зарядах в проводящем канале. Кроме того, электромагнитная волна толкает вперед волну зарядов, т.е. между зарядами и электромагнитной волной происходит силовое взаимодействие.

Известно, что электромагнитная волна обладает массой и энергией (Тамм И.Е. Основы теории электричества. - М.: Наука, 1976, с.495). Согласно закону Ньютона, силовое взаимодействие предусматривает равенство сил и равенство изменения количества движения. При этом соотношение энергий взаимодействующих масс будет обратно пропорционально их массам. Масса электромагнитной волны ничтожна до сравнению с массой электрона и тем более протона. Поэтому основная энергия будет сосредоточена (будет переноситься) в электромагнитной волне.

Кроме того, равенство изменения количества движения электронов и электромагнитной волны позволяет определить необходимую плотность свободных электронов в проводящем канале для прохождения по нему заданной мощности без отрыва электромагнитного поля.

Пространство, в котором распространяется электромагнитная энергия, ограничено цилиндрической поверхностью вокруг проводящего канала с диаметром, равным длине волны.

Цель представляет собой резко выраженную неоднородность на пути волны зарядов и электромагнитной волны. Достигнув ее, волны отразятся и пойдут в обратном направлении вдоль проводящего канала. Достигнув вторичной обмотки трансформатора Тесла, магнитное поле электромагнитной волны, а также зарядовые токи индуцируют в первичной обмотке этого трансформатора электрический сигнал высокой частоты.

Таким образом осуществляют излучение в заданном направлении и прием отраженного от цели электромагнитного высокочастотного импульса без отрыва от проводящего канала.

Интенсивность фотоионизирующего луча падает по мере удаления от генератора. При этом уменьшается и число выбиваемых свободных электронов. Если мощность квантового генератора фотоионизирующего излучения ограничена, то на некотором расстоянии, меньшем расстояния до цели, количество свободных зарядов будет недостаточно для удержания всей энергии электромагнитной волны на проводящем канале и часть ее постепенно будет излучаться как обычная электромагнитная волна. Однако плотность излученной энергии, излученной в направлении, близком к направлению проводящего канала, будет тем выше, чем длиннее будет излучающий участок проводящего канала. Т.е. автоматически будет формироваться диаграмма направленности на излучение и прием.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими чертежами:

на фиг.1 - изображено устройство, реализующее способ - прототип;

на фиг.2 - изображено устройство, реализующее предлагаемый способ;

на фиг.3 - показан вид зарядовой и электромагнитной волн, распространяющихся по проводящему каналу.

Рассмотрим реализуемость способа и устройства на конкретном примере.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности. С помощью передатчика 1 (фиг.2) формируют электрический высокочастотный импульсный сигнал. Одновременно с помощью квантового генератора (лазера) 8 излучают в заданном направлении пространства фотоионизирующий луч и образуют проводящий канал 10. Электрический высокочастотный импульс передатчика 1 подключают на время передачи с помощью переключателя прием-передача 3 к преобразователю 7, выполненному в виде трансформатора Тесла, и с его помощью возбуждают в проводящем канале электромагнитный высокочастотный импульс, распространяющийся по проводящему каналу 10. Отраженный от цели 6 электромагнитный импульс принимают с помощью вторичной обмотки трансформатора Тесла 7, подключают на время приема с помощью переключателя прием-передача 3 вход приемника 2 к первичной обмотке трансформатора Тесла 7 и в виде высокочастотного электрического импульсного сигнала усиливают и отфильтровывают его с помощью приемника 2, а затем с помощью оконечного устройства 5 регистрируют обнаруженную цель.

Устройство, реализующее предлагаемый способ радиолокации (фиг.2), содержит высокочастотный передатчик 1, приемник 2, переключатель прием-передача 3, оконечное устройство 5, трансформатор Тесла 7, квантовый генератор (лазер) направленного фотоионизирующего луча 8, создающего проводящий канал 10, электроизолирующий экран 9, прозрачный для излучения квантового генератора 8.

При этом выход передатчика 1 подключен к первому входу переключателя прием-передача 3, вход приемника 2 подключен ко второму входу переключателя 3, а выход приемника 2 подключен к оконечному устройству, выход переключателя прием-передача 3 подключен к первичной обмотке трансформатора Тесла 7, электроизолирующий экран 9 установлен соосно с фотоионизирующим лучом между квантовым генератором 8 и одним из выводов вторичной обмотки трансформатора Тесла 7, который подключен к началу проводящего канала 10.

Устройство работает следующим образом.

Электрический высокочастотный импульсный сигнал от передатчика 1 проходит через замкнутые на время передачи импульса контакты переключателя прием-передача 3 на первичную обмотку трансформатора Тесла 7, выполняющего роль преобразователя, и индуцирует во вторичной обмотке этого трансформатора ЭДС. Одновременно включается квантовый генератор 8, формирующий направленный фотоионизирующий луч, проходящий сквозь электроизолирующий экран 9 и создающий проводящий канал 10 в заданном направлении пространства. Индуцированная во вторичной обмотке трансформатора Тесла ЭДС через подключенный к проводящему каналу один из выводов возбуждает в проводящем канале электромагнитный высокочастотный импульс, распространяющийся по проводящему каналу 10 до цели 6. Достигнув ее, он отражается и движется в обратном направлении по проводящему каналу 10 и через вторичную обмотку трансформатора Тесла 7 индуцирует в его первичной обмотке импульсный высокочастотный электрический сигнал. Далее этот сигнал поступает через замкнутые на время приема контакты переключателя прием-передача 3 на вход приемника 2, где усиливается и отфильтровывается, и с выхода приемника 2 поступает на оконечное устройство 5, в котором регистрируется обнаруженная цель. Последовательно изменяя направление фотоионизирующего луча, осуществляют обзор заданного сектора пространства и обнаружение находящихся в этом секторе целей. В том случае, когда протяженность проводящего канала меньше расстояния до цели, направленность излучения и приема обеспечивает конечный излучающий отрезок проводящего канала 10.

1. Способ радиолокации, заключающийся в том, что в заданном направлении пространства излучают и принимают отраженный от цели электромагнитный высокочастотный импульс, отличающийся тем, что электромагнитный высокочастотный импульс излучают и принимают с помощью трансформатора Тесла по пространству, ограниченному соосной с проводящим каналом цилиндрической поверхностью, имеющей диаметр, равный длине волны, а проводящий канал в заданном направлении пространства создают с помощью направленного фотоионизирующего луча.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что направленный фотоионизирующий луч формируют с помощью квантового генератора оптического или рентгеновского диапазона.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что излучают в заданном направлении и принимают отраженный от цели импульс с помощью проводящего канала, протяженность которого меньше или равна расстоянию до цели.

4. Устройство для радиолокации, содержащее импульсный высокочастотный передатчик, приемник, переключатель прием-передача и оконечное устройство, причем выход передатчика подключен к первому входу переключателя прием-передача, вход приемника подключен ко второму входу этого переключателя, выход приемника подключен к оконечному устройству, отличающееся тем, что в устройство введены квантовый генератор направленного фотоионизирующего луча, создающего проводящий канал, электроизолирующий экран, прозрачный для излучения квантового генератора, и трансформатор Тесла, причем электроизолирующий экран установлен соосно с фотоионизирующим лучом между квантовым генератором и одним из выводов вторичной обмотки трансформатора Тесла, этот вывод подключен к началу проводящего канала, выход переключателя прием-передача подключен к первичной обмотке трансформатора Тесла.