РАДИОЛОКАЦИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

RADAR AND RADIO WAVE PROPAGATION

Ilia Yagolnikov

Сadet, Military Academy of Aerospace Defense named after G.K. Zhukov, Russia, Tver

Ivan Ganin

Сadet, Military Academy of Aerospace Defense named after G.K. Zhukov, Russia, Tver

Nikita Nikolskiy

Сadet, Military Academy of Aerospace Defense named after G.K. Zhukov, Russia, Tver

Аннотация. Радиолокация и распространение радиоволн — это две взаимосвязанные области науки и техники, играющие ключевую роль в современных технологиях. Радиолокация (от англ. RADAR — Radio Detection and Ranging) используется для обнаружения, определения координат и характеристик различных объектов с помощью радиоизлучения. Распространение радиоволн, в свою очередь, описывает механизмы передачи электромагнитных волн в различных средах, включая атмосферу, ионосферу и космическое пространство.

Abstract. Radar and radio wave propagation are two interrelated fields of science and technology that play a key role in modern technology. Radar (from English RADAR — Radio Detection and Ranging) is used to detect, determine the coordinates and characteristics of various objects using radio radiation. The propagation of radio waves, in turn, describes the mechanisms of transmission of electromagnetic waves in various media, including the atmosphere, ionosphere and outer space.

Ключевые слова: радиолокация; распространение радиоволн; электромагнитные волны.

Keywords: radar; propagation of radio waves; electromagnetic waves.

Радиолокация и распространение радиоволн представляют собой важные направления современной физики и инженерии. Радиолокация (от англ. RADAR — Radio Detection and Ranging) позволяет обнаруживать и определять характеристики объектов с помощью радиоизлучения. Распространение радиоволн изучает, каким образом электромагнитные волны передаются через различные среды — от атмосферы до космического пространства. Эти технологии играют ключевую роль в авиации, судоходстве, военной сфере, метеорологии и телекоммуникациях.

Принцип радиолокации основан на излучении радиосигнала в направлении цели и анализе отражённого сигнала. Этот метод был впервые предложен в начале XX века, а его практическое развитие произошло в 1930–1940-х годах.

Одним из основателей радиолокации был Роберт Уотсон-Уатт, британский инженер, который в 1935 году продемонстрировал первый рабочий радиолокатор. В своей работе он писал:

"Радиоволны можно использовать не только для связи, но и для обнаружения объектов, невидимых для глаза".

Современные радиолокационные системы включают импульсные и непрерывные радары, фазированные антенные решётки, а также когерентные доплеровские системы. Они находят применение в авиации, военной технике, метеорологии и астрономии.

Радиоволны распространяются в различных средах, и их поведение зависит от частоты, состояния атмосферы и препятствий на пути. Основные механизмы распространения включают:

1.Прямолинейное распространение (оптическая зона видимости)

Прямолинейное распространение радиоволн — это движение электромагнитных волн по прямой линии от передатчика к приёмнику без значительных отклонений. Этот тип распространения характерен для радиоволн с высокими частотами (VHF, UHF, SHF), поскольку короткие волны слабо огибают препятствия.

Рисунок 1. Схема Прямолинейного распространения радиоволн

2.Дифракцию (огибание препятствий)

Дифракция радиоволн — это явление огибания радиоволнами препятствий, таких как здания, горы или другие объекты. Оно позволяет радиосигналу достигать областей, находящихся в тени препятствий, даже если передатчик и приёмник не находятся в зоне прямой видимости.

Рисунок 2. Дифракция радиоволн

3. Рефракцию (изменение траектории из-за градиентов температуры и плотности воздуха);

Рефракция радиоволн — это явление изменения траектории распространения радиоволн при прохождении через среды с различной плотностью, температурой или ионным составом. Это происходит из-за изменения скорости распространения волн в зависимости от характеристик среды.

Рисунок 3. Рефракция радиоволн

4.Рассевание (на ионосферных слоях, дождевых каплях и турбулентности).

Рассеивание радиоволн — это процесс отклонения части электромагнитного излучения в различные направления при взаимодействии с неоднородностями среды. Это явление особенно важно в радиосвязи, так как позволяет передавать сигналы даже в сложных условиях, где прямолинейное распространение невозможно.

Рисунок 4. Принцип работы метода рассеивания радиоволн

В классическом труде Джеймса Кларка Максвелла "A Treatise on Electricity and Magnetism" (1873) впервые была описана электромагнитная природа радиоволн:

"Электромагнитные возмущения распространяются в пространстве со скоростью света". Позже Генрих Герц экспериментально подтвердил это, а Маркони реализовал практическую радиосвязь. Современные исследования распространения радиоволн активно применяются в спутниковой связи, GPS-навигации, системах раннего предупреждения и радиоастрономии. Радиолокация и распространение радиоволн остаются одними из важнейших направлений современной физики и инженерии. От первых экспериментов Герца до сложных фазированных решёток в военной технике, эти области продолжают активно развиваться, открывая новые горизонты для технологий.