OOOOOODODODDD □□□□□if

Рис. 8. Схема антенной решетки со случайным распределением элементов

Для ТОГО чтобы выполнялось условие (23), может быть реализована такая схема построения решетки, в которой элемент с номером п располагается случайным образом на интервале М, но не ближе, чем D, по отношению к предыдущему (га - 1) элементу (рис. 8).

4. Вопросы обработки сигналов, принятых станцией с синтезируемой апертурой

В когерентной радиолокационной станции с высокой угловой (по азимуту) разрешающей способностью, получаемой за счет со) здания искусственной апертуры, производится накопление (запись-принимаемых сигналов.

Напомним, что разрешение по дальности осуществляется в такой станции за счет запаздывания сигналов, отраженных от

различно удаленных объектов. Поэтому каждый импульс передатчика записывается на приеме в виде серии сигналов, приходящих от различных точек земной поверхности вдоль луча бортовой антенны. Следующий импульс дает соответствующую серию сигналов для параллельно смещенного луча антенны и т. д. Таким образом, задача сводится к тому, чтобы записать и обработать сигналы, приходящие в приемное устройство с большой площади. Этому требованию удовлетворяет оптическая обработка сигналов, поскольку оптические устройства по своей природе являются двумерными [5-7]. .

При оптической обработке предполагается, что запись принятых сигналов производится на фотопленке. Координате X точки искусственного раскрыва соответствует на пленке координата \ (рис. 9), развертка по дальности производится на пленке вдоль координаты т). Тогда каждому отдельному импульсу будет соответствовать на пленке серия точек, расположенных вдоль вертикальных линий. Сигналам, поступающим при каждом импульсе от участков, находящихся на одной и той же дальности, будут соответствовать точки, находящиеся на прямой (например, МЫ), параллельной оси .

Что представляют собою сигналы, записанные вдоль такой линии?

□□□□□□□□□□□□□□□□□D

Рнс. 9. Схема отсчета координат на фотопленке

Очевидно, что при каждом импульсе в приемное устройство одновременно поступают сигналы от всех равноудаленных от данной точки X искусственного раскрыва элементарных участков поверхности, попадающих в луч бортовой антенны. В точке X принимается суммарный сигнал, комплексная амплитуда которого

(Х)= \ л (О) ехр (/feX sin О) do,

(24)

где А {Ь) - интенсивность отражения от объекта, расположенного на данной дальности под углом & относительно искусственного раскрыва.

Сигнал (24) поступает на вход фазового детектора. Сигнал, получаемый на выходе фазового детектора, представляет собою

Рис. 10. Схема оптической обработки

действительную часть (24). Яркость засвечивания пленки в соответствующей точке \ пропорциональна величине сигнала на выходе фазового детектора.

Задача последующей оптической обработки заключается в том, чтобы по записанным на пленке данным восстановить картину распределения интенсивности отражений вдоль рассматриваемой полосы земной поверхности. Иначе говоря, нам нужно найти функцию А (&), являющуюся спектром функции М (X). Математически эта задача решается путем трансформации Фурье.

На практике это может быть осуществлено соответствующей оптической обработкой, в процессе которой требуется перейти

от радиолокационных сигналов, записанных через переменную яркость пленки, к световым.

Световые сигналы получаются в результате модуляции светового потока переменной яркостью пленки. Для этого пленка просвечивается плоской волной монохроматического света. Если при этом пленка помещается в фокальной плоскости У собирательной линзы Z-2 (рис. 10), то в другой фокальной плоскости Z этой же линзы будет отображаться преобразование Фурье функции, записанной на пленке:

(25)

где К (I) = ReM (Х), L« - раскрыв линзы. Тогда в соответствующих точках плоскости Z будут воспроизводиться сигналы, пропорциональные интенсивности отражений от элементарных участков местности.

То обстоятельство, что трансформация Фурье была применена к действительной части сигнала М{Х), вызывает необходимость в некоторых дополнительных операциях с целью получения на пленке однозначной и правильной картины местности. Здесь мы эти операции не рассматриваем.

литература

1. С U t г on а L. ,1., Vivian W. е., L е i t h Е. N., Н а 1 1 G. О. IRE Trans., 1961, April, MTL-6, N 2, 127-131

(перевод: «Заоубежная радиоэлектроника», 1962, № 10).

2. М с С о г d L., IRE Trans., 1962, April, MTL-6, N 2, 116-119.

3. H e i m i I I e r R. C, IRE Trans., 1962, April, MTL-6, N 2, 122-129.

4. D e v e I e t J. A. IRE Trans., 1962, April, MTL-6, N 2, 204.

5. Hoef er W. G. IRE Trans., 1962, April, MTL-6, N 2, 174-178.

6. D о w S m i t h. Applied Optics, 1963, N 4, 335-350. (перевод; «Зарубежная радиоэлектроника», 1964, № 4).

7. vanHeerdenP. J. Applied Optics, 1963, N 4, 387-392.

АНТЕННЫ ДЛЯ ВОЛН ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

Ю. в. ТЫЖНОВ, г. X. ФРИДМАН

Появление и быстрое совершенствование оптических квантовых генераторов (ОКГ) - лазеров открыло возможность использования оптического диапазона волн для целей связи и локации. К настоящему времени получена генерация в широком диапазоне волн от ультрафиолетовых до субмиллиметровых (0,3 мм). Однако наиболее освоена видимая и ближняя инфракрасная (до 1,2 мк) области. Наличие также хороших фотоприемников и материалов для элементов антенн д&лает оптический диапазон в настоящее время наиболее подготовленным для применений.

Притягательность оптического диапазона связана с малостью длины волны, позволяющей получать очень узкие (секундные) диаграммы направленности от антенн сравнительно небольших размеров (50 - 100 мм). Однако эта же малость длины волны вызывает целый ряд трудностей и особенностей антенной техники оптического диапазона, о которых и пойдет речь.

Резонатор ОКГ как часть антенной системы

Оптический квантовый генератор [1] (рис. 1) состоит из активного вещества, заключенного в открытый резонатор, образованный

АктиВное

Вещество

Рис. 1. Схема ОКГ

I парой зеркал. Диаметр поперечного сечения активного вещества к - 10 мм, длина ОКГ в зависимости от типа колеблется в пределах 250 ч- 1000 мм. Вьшод энергии из резонатора осуществляется через

одно частично прозрачное зеркало. По типу активных сред ОКГ делятся на газовые и твердотельные. Газовые работают, как правило, в непрерывном режиме, твердотельные - в импульсном. Это разделение в значительной мере условно, так как существуют газовые импульсные и твердотельные непрерывные генераторы. Газовые среды могут считаться идеально однородными. Гораздо хуже обстоит дело с твердыми веществами (рубин), поэтому в настоящее время ведутся работы по исследованию причин возникновения неоднородностей и их устранению.

Резонатор квантового генератора представляет по существу две зеркальные антенны, переизлучающие друг на друга и формирующие поле внутри резонатора и на выходе, поскольку одна из антенн частично прозрачна.

Собственные типы колебаний [2] или моды открытого резонатора обозначаются как ТЕМ и характеризуются тремя числами п, т и q, показывающими число узлов поля по двум поперечным и продольной осям резонатора соответственно. Даже при идеально отражающих зеркалах моды имеют потери, называемые дифракционными, связанные с излучением через открытую боковую поверхность резонатора. Причем во всех открытых резонаторах дифракционные потери увеличиваются с ростом поперечных индексов пит. Объясняется это тем, что знакопеременное по зеркалу поле может быть представлено в виде двух парциальных волн, которые с ростом пит распространяются под все большими углами к продольной оси резонатора и переносят на второе зеркало все меньше энергии. Отсюда следует, что в любом ОКГ условия генерации выполняются только для конечного числа мод, для которых потери на один проход резонатора меньше усиления среды на проход.

В газовых ОКГ обычно используют резонаторы со сферическими зеркалами. Они просты в настройке и надежны в эксплуатации. Дифракционные потери в них очень малы, поэтому условия генерации выполняются для большого числа мод, хотя усиление газовых сред невелико. Коэффициент усиления твердых сред намного больше газовых, поэтому в твердотелых ОКГ существует еще большее число типов. Диаграмма направленности типа ТЕМ„.т.? имеет (п+ 1)х X (т + 1) максимумов и тем шире, чем выше поперечные индексы пит. Диаграмма направленности ОКГ, генерирующего несколько типов, находится суммированием по мощности диаграмм отдельных мод, причем ширина суммарной диаграммы определяется наиболее широкой составляющей.

На рис. 2 приведено фото характерного миогомодового распределения поля на выходе газового ОКГ со сферическими зеркалами.

На рис. 3 показано одно из сечений диаграммы направленности, соответствующей показанному распределению. Работа с такими изрезанными диаграммами встречает очень часто значительные трудности.

Рис. 2. Фото распределения поля на выходе газового ОКГ

В твердотельныхОКГ существует, как правило, гораздо большее число мод, и диаграмма нап-равленности(усредненная за время импульса)имеет вид, показанный на рис. 4. Она не изрезана, но ширина ее больше чем на порядок превышает дифракционную ширину, соответствующую диаграмме продольноготипа ТЕМо, о. <?•

Таким образом, оптический квантовый генератор является по существу первичным облучателем, диаграмма направленности которого формируется открытым резонатором. Эти диаграммы довольно узки, но пока еще во многих отношениях несовершенны. Возможности исправления их внешней антенной системой в оптическом диапазоне сильно ограничены, так как поверхности антенных элементов могут выполняться с надлежащей точностью (ввиду малой длины волны) только в виде сфер и плоскостей. Изготовление простейших асферических поверхностей очень сложно, не говоря уже о профилях специального вида. Поэтому решение задачи формирования требуемой диаграммы на передачу в оптическом диапазоне в большей степени связано с резонатором, чем с внешней антенной системой.

Для применений в связи и локации требуются, как правило, узкие однолепестковые диаграммы. Многомодовый режим работы, как было показано, по тем или иным причинам оказывается неподходящим. В одномодовом режиме получить однолепестковую диаграмму можно, если только эта мода - продольная. При этом размеру зеркал 5 Х 5 мм соответствует диаграмма шириной менее минуты, что на порядок меньше ширины диаграмм многомодовых твердотельных ОКГ (рис. 4).

Таким образом, одномодовые (подразумеваются продольные моды) ОКГ явились бы наиболее подходящими для целей связи и локации.

Методы выделения или селекции продольных типов делятся на две группы. Пространственная селекция основана на использовании различного распределения полей внутри резонатора. Примером может служить схема рис. 5. Действие ее основано на том, что моды с различными индексами пит имеют различные распределения полей в фокальной плоскости объектива, причем наименьшие размеры имеет фокальное пятно продольного типа ТЕМо,о,?- Фильтрующий элемент-диафрагма располагается в общем