Филипп Уокер - Электронные системы охраны

Соотношения длины волны, ширины пучка и различающей способности

Наиболее очевидная выгода замены инфракрасной системы микроволновым барьером связана с изменением поперечного размера пучка. В главе 14 отмечалось, что полезное сечение И К пучка света между передатчиком и приемником - 50 миллиметров. Его может перекрыть и птица, и человек, и различить, кому принадлежат эти сигналы, прибор не в состоянии.

Полезное сечение пучка волн в микроволновом барьере - около 300 мм. Птица прервать его полностью не в состоянии, а человек наоборот вряд ли способен пройти, не прервав пучка совсем. Следовательно, с увеличением длины волны увеличивается размер антенны и возможность фильтровать ложные тревоги.

Дальнейшее увеличение длины волны еще больше повысит различающую способность системы. К тому же, более длинные волны проникают без помех через бумагу и высохшие на солнце неметаллические объекты, подобные листьям. Инфракрасные заграждения реагируют на листопад.

Можно возразить, что электронная система инфракрасных приборов способна "выловить" ложные тревоги. На что я отвечу: микроволновые заграждения тоже могут быть оснащены подобными системами обработки сигналов, и соотношение преимуществ не переменится.

Предел увеличения длины волны достигается тогда, когда антенна становится слишком большой и неуклюжей для реальной ситуации. Поскольку диапазон используемых частот ограничен также и государством, на практике волны длиннее 12 см не применяются. Этого вполне хватит для создания надежных приемников и передатчиков.

Использование более коротких волн

Там, где требования к занимаемому пространству очень суровы, у фазированной системы еще больше преимуществ.

Чтобы сузить пучок, мы можем или сократить длину волны, или расширить выход антенны. А что, если сделать и то, и другое? Результаты нас удивят.

Более ста лет назад немецкий ученый фраунгофер открыл, что, производя опыты по методике Янга с пучками света, можно при достаточной ширине щели антенны добиться нулевого расхождения пучка на определенном отрезке за отверстием.

Фраунгофер установил, что длина нерасходящегося пучка света будет равна частному от деления длины щели антенны на длину волны, умноженному на две длины волны. Это в теории, а на практике можно принять, что нерасходящийся отрезок равен просто длине отверстия, умноженной на это частное. Что нам даст эта формула?

Начнем вычисление для волн 3,2 см х-диапазона и антенны с длиной щели 32 см. Частное от деления по упрощенной формуле Фраунгофера - 10, а при умножении на 0,32 метра - получим, что пучок не разойдется на отрезке 3,2 метра. Какое разочарование! Если микроволновому заграждению предстоит перекрыть 100 метров пространства, результатом наших вычислений можно пренебречь.

А вот если перейти на длину волны 8 мм (Q-диапазон), а щель антенны увеличить в четыре раза, т.е. до 128 см, частное от деления 128 см на 0,8 см будет равно 160. Теперь помножим 160 на 1,25 /округленную длину антенны/ и получим, что пучок не будет расходиться на отрезке в 205 метров! Этого достаточно практически для любой области применения микроволновых барьеров. Ничейная полоса под нерасходящимся пучком будет шириной 1 метр, а расстояние между внешним и внутренним ограждением можно вполне сократить до 2 метров.

Преимущества нерасходящегося пучка таковы:

1/ Поскольку по горизонтали контуры пучка не меняются и расширяется он лишь по вертикали, удвоение расстояния между передатчиком и приемником уменьшает мощность сигнала на приемнике вдвое, а не вчетверо. Следовательно, лучше используются те малые мощности, которые правительство разрешило для микроволновых приборов.

2/Пространственная чувствительность вдоль пучка более равномерна, так как соотношение площадей перекрытия пучка телом нарушителя изменяется незначительно на всем участке от передатчика до приемника.

3/ Наземное пространство, необходимое для установки системы, сокращается до минимума.

4/ Физический закон падения энергии излучения в четвертой степени с увеличением дистанции превращается в квадратичное ослабление сигнала в обычных микроволновых барьерах и сводится к простой линейной зависимости при использовании барьера с нерасходящимся пучком.

Нерасходящиеся пучки и методы заполнения непросматриваемых участков в чувствительных к сдвигу по фазе системах "стоячей волны" пока еще слабо используются на практике. Время покажет, кто первым займется освоением этих преимуществ.