Военные и гражданские применения

Анализ опубликованных материалов по созданию образцов радиоэлектронной техники (ГЛТ) в ММ диапазоне волн в армиях ряда стран, а также для различных народно-хозяйственных применений (навигация, связь, медицина, экология атмосферы, дистанционное зондирование и др.) показывает, что, начиная с 50 х годов, за рубежом и в России интенсивно проводятся такие работы. В первую очередь создавались активные и пассивные радиолокационные системы обнаружения и автоматического распознавания наземных и воздушных объектов, головок самонаведения управляемого оружия, а также систем контроля сельскохозяйственных угодий, картографирование земных покровов, аппаратуры связи и передачи информации и др.

Указанные информационные материалы позволяют заключить, что основные направления разработки зарубежной техники военного назначения по классификации и параметрам совпадают с разработками аналогичной техники в нашей стране.

Известно, что основной проблемой, не решенной до сих пор в радиолокации, остается проблема эффективного распознавания обнаруживаемых объектов. Доказано также, что радиолокационные системы в коротковолновой части ММ диапазона при решении подобных задач имеют ряд преимуществ по сравнению с РЛС сантиметрового и дециметрового диапазонов, однако эта проблема еще далека от своего решения.

Основными направлениями разработок РЛС для распознавания объектов в коротковолновой части ММ диапазона в настоящее время как у нас, так и за рубежом являются

1. Изыскание новых принципов создания систем радиовидения. Ожидается, что такая аппарату ра с диаметром параболической антенны 1 м, мощностью передатчика 1 Вт и чувствительностью приемника 10-20 Вт/Гц в дождях и туманах может обеспечивать получение изображений с разрешением 0,5 м на дальностях 1 ...2 км.

2. Изучение предельного сверхразрешения по дальности методом перестройки несущей частоты передатчика.

3. Развитие миогочастотиых и многопозиционных методов радиолокационного обнаружения, по зволяющих получить информацию о форме объекта, его размерах, особенно, в случаях, когда длина волны соизмерима с размерами элементов объекта.

4. Совершенствование нелинейных методов обнаружения объектов.

5. Изучение различий в спектрах флуктуации амплитуд, фаз и поляризационных характеристик отраженного сигнала объектов.

1. Системы морской и речной навигации

Известно, что максимальное число аварий судов морского и речною флота происходит в прибрежных зонах различных государств на подходе к портовым сооружениям.

Перед навигационными РЛС и радиометрическими комплексами ставятся следующие задачи:

- проводка судов при подходе к портам, проходе проливоп при отсутствии видимости;

- определение координат целей, идентификации морских объектов, а также контроль характеристик их движения;

- проводка ледоколов и судов через северный морской путь по данным собственного теплового излучения ледовых покровов.

Для повышения безопасности плавания судов намечается применение РЛС на волнах 8 мм и 3,3 мм, хотя на малых расстояниях при навигации судов в портах применение диапазона ММ-волн может быть расширено за счет использования волн 1,64, 2,5 и 5 мм. Теоретические оценки дальности действия активных радиолокационных систем для случая однородной атмосферы следующие: расчеты проводились для РЛС с параболической антенной диаметром 40 см и объекта с ЭПР, равной 5 м2. В числителе указаны дальности действия РЛС в случае чистой атмосферы, в знаменателе – дальности.

2. Микросотовые и пикосотовые линии связи в городах.

В настоящее время в связи с бурным развитием УКВ связи с подвижными и стационарными объектами для городов предложены так называемые микросотовые линии связи, представляющие собой цепочку ретрансляторов вдоль магистральных улиц, антенные системы которых приподняты на высоту 5..10 м, и обладают в отличии от сотовых систем слабой направленностью. Кроме того, рассматриваются возможности применения ММ-волн на пикосотовых линиях связи внутри производственных помещений. Протяженность таких линий составляет 0,4...1 и 0,1...0,4 км соответственно; распространение сигналов происходит исключительно в пределах прямой видимости в атмосфере или внутри производственных зданий.

Предложено использовать диапазон максимума поглощения на 5 мм, что позволяет резко увеличить полосу частот и обеспечить многократную ретрансляцию сигналов и подавление взаимных помех. Теоретические оценки показывают, что для типичных параметров аппаратуры неблагоприятные метеорологические условия могут уменьшать протяженность открытых трасс до 1...2 км по сравнению с условиями в чистой атмосфере. В качестве рабочей длины волны может быть также рекомендована полна 1,64 мм.

Переход к ММ-волнам позволяет увеличить полосу передаваемой информации примерно на порядок и уменьшить интенсивность облучения обслуживающего персонала.

3. Измерительные системы

В России и за рубежом систематически измеряется собственное тепловое излучение тропосферы, стратосферы и мезосферы. Эти измерения ведутся на линиях поглощения паров воды и кислорода с искусственных спутников Земли, летательных аппаратов, наземных установок и радиотелескопов. Основные направления этих работ - определение концентрации водяного пара, полной его массы, водозапаса облаков в атмосфере, а также восстановление профилей температуры, плотности воздуха, влажности, давления н стратосфере и тропосфере.

В США и России на волне 2,11мм вблизи теллурической линии озона проводится наблюдение в Антарктике и полярных районах, а также в ряде широт Мирового Оксана. Эти измерения позволили определить вариации интегрального содержания озона в слое 20...50 км над земной поверхностью. В России накоплен статистический материал о вертикальном ослаблении в дождях на волнах 8 и 3,3 мм, на волне 3 мм изучается прозрачность атмосферы на различных широтах.

4. Применение в медицине и биологии

Последние двадцать лет успешно развивались фундаментальные исследования воздействия ММ излучения низкой (нетепловой) интенсивности на биологические объекты, включая животных и человека, Эти работы, выполнявшиеся в России под руковод ством Н.Д. Девяткова, показали, что потоки непрерывного излучения с плотностью до 10... 15 мВт/см не оказывают вредного влияния на здоровье человека и биологические объекты. Установлено, что ММ излучение низкой интенсивности оказывает лечебное воздействие на живые организмы при различных видах заболеваний.

В результате клинических испытаний была установлена эффективность воздействия ММ излучения малой мощности на человека. В последние годы в ИРЭ РАН было обнаружено новое явление - конвективная неустойчивость жидкостей при поглощении ММ излучения.

Результатом многолетних совместных трудов Н.Д.Девяткова, М.Б.Голанта, О.В.Уецкого явилась разработка методов и аппаратуры для клинического лечения различных заболеваний человека (язва желудка, травмы опорно-двигательного аппарата, сердечно-сосудистые заболевания, онкология и др.) Эти методы успешно применяются в ряде клиник Москвы.

Основными направлениями научно-исследовательских работ на ближайшие голы являются: исследования влияния атмосферы на точность определения координат различных объектов; изучение эффектов распространения в коротковолновой части ММ диапазона на относительно длинных неоднородных трассах; теоретические и экспериментальные исследования проблемы распознавания объектов на основе применения когерентных РЛС; изучение поляризационных матриц объектов примени тельно к задаче распознавания образов объекта; разработка пассивно-активных радиолокационных систем для обнаружения замаскированных и укрытых объектов; создание систем связи и радиолокационных систем на линиях поглощения паров воды и кислорода для обеспечения высокой скрытности и помехозащищенности средств; создание высокоточных радиолокационных систем наблюдения в космосе; разработка навигационных речных и морских радиолокационных систем навигации; разработка пикосотовых и микросотовых систем связи с подвижными и неподвижными объектами в городских условиях.

Нет сомнения в том, что в будущем ММ-волны будут находить все более широкое применение в различных областях народного хозяйства и в армии.

Заключение

В данной работе по имеющимся литературным данным мы описали устройства для генерирования и канализации волн субмиллиметрового диапазона, в том числе используемые резонансные системы, элементы трактов передачи. Рассмотрели методы и аппаратуру для измерения частоты и мощности, а так же распространение и применение радиотехнических систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов волн различных областях народного хозяйства и в армии.

Указанные применения ММ-волн в радиотехнических системах и научных исследованиях далеко не исчерпывает проблему применения этих диапазонов волн. В настоящее время они находят свое применение также в радиоастрономии, дефектоскопии, исследованиях полупроводниковых материалов, метеорологии, а также в ряде отраслей промышленности и сельского хозяйства.