Ghjcnj ybrnj, Виталий Каберник и Игорь Галабурда
Эта статья написана «задом наперёд». Пытаясь выполнить пожелания читателей получить разъяснения по теме «радиофотонный радар» или радар с РОФАР, соавторы обнаружили, что это невозможно сделать, если не объяснить сначала, как вообще устроены радары.
На канале уже был цикл статей «Как устроен и работает радар. Радиолокация для самых маленьких». В них описаны азы радиолокации. Рекомендуем начать чтение с них (все ссылки ниже), и потом вернуться сюда. А по прочтению данной статьи, обязательно освежите знания по принципам построения ФАР, для этого на канале есть цикл «ФАР простым языком да с анимашками».
Следующий необходимый этап - статья «Радар с ЦАР - цифровой антенной решёткой». ЦАР является предшественницей РОФАР. И только прочтя всё это и сдав нам зачёт в комментариях))), вы сможете «получить доступ» к статье «Радиофотонный радар с РОФАР».
*****
Из одной статьи про радиолокацию в другую кочует утверждение – «принцип радиолокации открыл наш физик, изобретатель радио – Александр Попов». В доказательство приводится фрагмент из его отчёта об опытах в 1897 году в Финском заливе на военных кораблях. Вот этот:
"Влияние судовой обстановки сказывается в следующем: все металлические предметы (мачты, трубы, снасти) должны мешать действию приборов как на станции отправления, так и на станции получения, потому что, попадая на пути электромагнитной волны, они нарушают ее правильность, отчасти подобно тому, как действует на обыкновенную волну, распространяющуюся по поверхности воды, брекватер (прим. - мол, волнолом и т.п), отчасти вследствие интерференции волн, в них возбужденных, с волнами источника, т.е. влияют неблагоприятно. ... Наблюдалось также влияние промежуточного судна. Так, во время опытов между "Европой" и "Африкой" попадал крейсер "Лейтенант Ильин", и если это случалось при больших расстояниях, то взаимодействие приборов прекращалось, пока суда не сходили с одной прямой линии".
Не можем согласиться, что перед нами описание именно принципа радиолокации. Речь в этом фрагменте не об отражении от кораблей и использовании этого явления для определения их положения – то есть определения локации объектов (в мире смартфонов и GPS никому не нужно объяснять смысл этого слова). Здесь говорится о нарушении связи между приёмником и передатчиком. Отражение в этих опытах Попов никак не мог обнаружить, поскольку использовал разнесённые передатчик и приёмник. Значит его приёмник принимал прямой, а не отражённый сигнал. Да и в отчёте ученый прямо писал: «Применение источника электромагнитных волн на маяках, в добавление к световому и звуковому сигналу, может сделать маяки видимыми в тумане и в бурную погоду... Направление маяка может быть приблизительно определено, — пользуясь свойством мачт, снастей и т. д., задерживать электромагнитную волну, так сказать, затенять ее». Затенение – не отражение.
Знатокам морской истории – не пишите, что «Европа» - транспорт. Во времена опытов она ещё была небронированным крейсером II ранга. Транспортом и далее учебным судном она стала позже.
Само отражение радиоволн от металлических предметов давно было знакомо всем физикам и инженерам, занимавшимся радио. Генрих Герц сообщал об этом ещё в 1886 году. Но воспринималось это как вредное явление, то, что позже стало называться «наводки».
В 1900 году изобретатель сербского происхождения Никола Тесла (Nicola Tesla) предположил, что отражение электромагнитных волн может быть использовано для обнаружения движущихся металлических объектов. Только предположил, никак не обосновав теоретически и не подтвердив экспериментально.
Ещё один распространённый штамп в публикациях на тему радиолокации: «В 1904 немецкий инженер Кристиан Хюльсмейер (Christian Hülsmeyer) запатентовал «Телемобилоскоп» - первый практический радар». Патентование чего-либо - очень сложный процесс. Важна каждая формулировка, каждый чертёж. Чуть что некорректно сформулировано и всё – приоритет либо не принимается патентоведами, либо обходится конкурентами. Не патентовал Хюльсмейер устройство, он получил патент на «Способ, который с помощью электрических волн сообщает наблюдателю об удаленных металлических предметах». И стал таким образом отцом радиолокации, а не изобретателем двух деревянных ящичков с медными деталями и звонком.
На широко распространённой в Интернете фотографии представлен лабораторный макет. Первый объект, который был им обнаружен сквозь непрозрачное препятствие, задёрнутые шторы, – металлические ворота отеля DOM в Кёльне, где проходила презентация.
Лабораторный макет первого в мире радара Кристиана Хюльсмейера.
Реальный Телемобилоскоп был построен через несколько месяцев. Изобретатель предлагал его как средство предупреждения столкновений кораблей в условиях плохой видимости. Он представлял собой искровый передатчик, использующий несколько слабонаправленных дипольных антенн, размещённых на корабле и приёмник на основе когерера, с цилиндрической параболической антенной.
Такой примитивный передатчик использовал Хюльсмейер своём Телемобилоскопе.
В момент замыкания ключа в разряднике проскакивала искра, в контуре, состоящем из емкости антенны и разрядника, и катушки L2 возникали электрические колебания. Они быстро, по экспоненциальному закону затухали. Параболическая приёмная антенна могла вращаться на 360 градусов, таким образом определяя направление на лоцируемый объект. Индикация обнаружения корабля – обычный звонок. Фиксируя положение приёмной антенны в момент появления звонка, можно было определить направление на корабль. Расстояния до него Телемобилоскоп определять не мог, испытания проводились на дальностях до 5 км. В апреле 1906-го Хюльсмейер предложил способ грубого определения приблизительного диапазона дальностей. Для этого использовалась триангуляция. Переключая антенны на мачте оператор, изменял угол визирования цели в вертикальной плоскости, решался простой прямоугольный треугольник: мачта и дальность по поверхности – катеты, и угол визирования в верхнем положении антенны.
Зондирующий сигнал, который излучался таким радиолокатором (в тексте «РЛС», «радар» и «радиолокатор» мы используем как тождественные термины, исключительно для избежания тавтологии), трудно назвать импульсным. Скорее он был дискретным. Затухающие колебания тока и соответственно ЭМ поля действовали меньше, чем время существования искры, имели широкий спектр частот. Селекции сигнала по частоте ни в передатчике, ни в приёмнике никакой не было. Получалось, что все искровые передатчики работали в одном и том же широком «диапазоне частот», если можно так выразиться. Искровые радиостанции легко прослушивали чужие передачи и создавали помехи друг другу. В 1934 году такие передатчики были запрещены.
Но во времена Телемобилоскопа выбирать было особо не из чего. Искровый передатчик и приёмник с использованием когерера – единственно доступный вариант.
Реплика приёмника Телемобилоскопа Хюльсмейера.
Главной частью приёмников такого типа был собственно когерер. Это запаянная стеклянная трубка, из которой выкачан воздух, частично заполненная металлическими опилками. При подаче на контакты высокочастотного напряжения опилки слипались и омическое сопротивление между ними падало в сотни раз. В таком состоянии когерер пропускал постоянный ток от батареи на электромагнитное реле, а оно включало электрический звонок. Молоточек звонка бил по его чашке и обратным ходом по деревянной планке, на которой монтировался когерер. При встряхивании опилки вновь становились рыхлыми, готовя прибор к приёму следующего сигнала. Как ни смешно это слышать современному радиоинженеру, но эта система требовала тонкой настройки. Важно было всё – и взаимное положение звонка и монтажной планки и сила удара молоточка звонка, количество и качество опилок. От калибровки очень зависела чувствительность.
Когерер: схема и один из вариантов
Продолжим в следующей части. Она находится здесь
По новым правилам Дзена ссылки в начале статьи вставлять нельзя. Дзен не позволяет авторам редактировать анонс на карточке. Он сам берёт для этого первые абзацы статьи, а потом с возмущением ограничивает её за попадание ссылок на карточку. Так что теперь все они будут здесь, в подвале.
«Как устроен и работает радар. Радиолокация для самых маленьких»
«ФАР простым языком, да с анимашками».
