Пожалуй, ответ проще всего представить себе в виде ряби на поверхности емкости с водой. Подобная аналогия уже использовалась в 1801 году Томасом Янгом для объяснения поведения волн света. Если вы посмотрите на поверхность воды так, под определенным углом, вы увидите, что поперек емкости установлена перегородка с небольшим отверстием в ней. Всколыхнув воду, вы заметите, что волны равномерно движутся к отверстию, но проходя через него, они начинают быстро расходиться под большим углом. Если в перегородке оставлено широкое отверстие, и те же самые волны свободно через него проходят, лишь немного расходясь. Чем больше будет отверстие, тем меньше угол расхождения. Следовательно, соответствие размеров пучка и волновода, указанные выше, имеет смысл, хотя и кажется странным.

Если вы начинаете улавливать важность длины волны для ультразвука и МКВ, то запомните такую формулу: чем больше сечение выходного отверстия в одной из плоскостей - если его исчислять в количестве укладывающихся длин волн, - тем меньше угол расхождения и угловое сечение пучка.

Получая на выходе волновода слишком широкий пучок МКВ-излучения, мы можем снабдить его специальной насадкой, называемой "рупор". Не имеет смысла углубляться в детали конструкции этих насадок, но о них полезно помнить следующее:

1) угловые размеры пучка обратно пропорциональны 1 размерам отверстия волновода. Следовательно, чтобы уменьшить угол с 80 до 20 градусов, нам понадобится увеличить одну из сторон отверстия в 4 раза;

2) угловые размеры пучка прямо пропорциональны длине волны. Это значит, что если нам известны ожидаемые размеры пучка для данного отверстия при длине волны в 9 см, то эти размеры уменьшатся втрое при переходе в диапазон 3 см.

Схемы перекрытия пространства детектором

Желая узнать, сможет ли радар, установленный в конкретном месте, обнаружить нарушителя во всех положениях в пределах защищаемого пространства, мы задаем вопрос: "А какова схема перекрытия пространства у этого радара?"

Хотя эти схемы в действительности трехмерны, на бумаге их придется изобразить в двух измерениях. Следовательно, получится две картинки. Одна из них показывает сечение пучка в горизонтальной плоскости, а другая - в вертикальной. Эти схемы в трехмерном изображении обычно напоминают грушу или яблоко с "черенком" у радара и противоположной стороны у границы обнаружения.

Размеры зоны перекрытия обычно можно рассчитать, исходя из ширины пучка, но его форму можно установить лишь на практике. Практические испытания обычно состоят из медленных прогулок по охраняемому помещению и нанесению на карту позиций, в которых радар срабатывает. Если приходится принимать во внимание возможность избежать обнаружения путем замедленного движения, расчеты зоны проводятся при наименьшей возможной скорости передвижения. Полезно также испытать радар на обнаружение нарушителя, пытающегося соблюдать одну и ту же дистанцию от источника МКВ-излучения. Таким образом вы удостоверитесь, что система срабатывает при самом минимальном допплеровском сдвиге. Если при испытании на очень малых скоростях выявляются проблемы в работе системы, возможно, стоит позаимствовать некоторые принципы пассивного инфракрасного обнаружения. Вертикальное сечение зоны перекрытия можно установить, поставив радар на бок и замерив его так же, как и горизонтальный - передвижением.

В следующем разделе мы обсудим интересное применение зон перекрытия для создания наружных радарных систем.

Наружные радарные системы

При рассмотрении типов зон перекрытия подчеркивалось, что для испытаний необходимо участие человека. Практически невозможно создать манекен, чьи отражающие характеристики в МКВ-диапазоне совпадают с человеческими. Манекен не способен также имитировать всю гамму добавочных частот отраженного излучения, возникающего при движении конечностей, а она крайне важна для прибора, работающего на допплеровском принципе. Чем меньше рост нарушителя, тем меньше мощность эха и дистанция надежного обнаружения. На близком расстоянии радар обнаруживает все. Поэтому близко летящая птица также способна вызвать ложную тревогу. Методы исчисления зон перекрытия могут сослужить, таким образом, хорошую службу при создании радара, малочувствительного к наружным помехам.

Основным доводом в пользу создания зоны необычной формы служит то, что если цель (птица) не "высвечивается" передатчиком, то на приемнике нет эха и ложной тревоги. То же самое верно и в случае попадания птицы только в зону перекрытия передатчика. Энергия, отраженная от нее, не даст эха в зоне чувствительности приемника. Чуть дальше от радара, там, где по схеме датчик не имеет чувствительности, допплеровский сигнал от птицы появится может, но если удачно подобрано перекрытие зон излучения передатчика и чувствительности приемника, эхо будет слишком слабым для срабатывания.

Эхо от человеческого тела будет достаточно сильным для реальной тревоги во всей области наложения зон излучения передатчика и чувствительности приемника. Разделение конусов перекрытия возможно при раздельной установке друг над другом передатчика и приемника. Дистанция между ними должна быть примерно 100 длин волны (для 3-х сантиметровых волн это примерно 300 мм, или 3 метра). При большей длине рабочей волны появляется необходимость в технических компромиссах для создания достаточно надежной системы. Однако компромиссные варианты окупаются снижением чувствительности к малым целям.

При использовании диапазона 3 см в периметровых системах ложные тревоги могут быть вызваны дождем или градом, но разделение передатчика и приемника устранит их.

Удачные и неудачные варианты практического использования

Еще до начала обсуждения микроволновых детекторов необходимо уточнить, что радар установлен там, где это необходимо для конкретного случая.

Большие участки пространства

В целом, МКВ-устройства способны перекрывать большую площадь в расчете на детектор, чем любой другой метод сейсмического или пространственного обнаружения. Ширина лицензируемых диапазонов такова, что позволяет установить несколько раздельных детекторов с индивидуальными рабочими частотами для еще большего увеличения охраняемой площади. Широкий разброс частот внутри разрешенного диапазона практически исключает риск случайной работы детекторов на близких частотах, появления наведенного допплеровского сигнала и ложной тревоги.

Положительные качества микроволновых датчиков, работающих на больших площадях, еще ярче проявляются, если радары установлены на потолке или перекрытии крыши. Зона перекрытия таким образом увеличивается вдвое по сравнению с расположением на стене или колонне. Учитывая, что размеры нормального пучка 120-150 градусов в одной плоскости и 60-75 градусов в другой, нет необходимости направлять его на стены, окна и двери, где повышается риск ложных тревог.

Благодаря большей, по сравнению с ультразвуком, длине волны, микроволновое излучение менее чувствительно к внешней вибрации и к помехам из окружающей среды вообще. А поскольку МКВ-излучение пронизывает такие тонкие материалы, как колеблемая сквозняком бумага или картон, и делает это тем лучше, чем больше длина волны, то увеличение этой длины в разумных пределах улучшает надежность охраны складских помещений.

Площади среднего размера

Дать определение "охраняемой площади среднего размера" труднее. Возможно, под площадью среднего размера лучше всего понимать такую площадь, перекрытие которой потребует одного детектора и, возможно, второго для ликвидации непросматриваемой зоны. Выбор подходящего для такого помещения способа пространственного обнаружения - дело хозяйское, хотя иногда приходится действовать и методом исключения. Например, в офисах слишком многое может заставить ультразвуковой радар "нервничать", и лучше использовать его микроволновый аналог, не направляя его на окна и разделительные легкие перегородки.

Малые площади

С уменьшением площади и возрастанием риска на работу систем пространственного обнаружения начинают все сильнее влиять конструктивные особенности стен, потолка, пола, дверей и окон. Расстояние до них уменьшается, и растет, соответственно, возможность ложных срабатываний. Если проникновение в помещение не слишком затруднено, например, через окна в магазине, тогда лучше использовать ультразвуковые детекторы, не направленные на границы территории. В жестких строительных конструкциях, особенно не имеющих окон, более пригодны микроволновые устройства. Если риск не слишком велик, то приемлемы и более дешевые инфракрасные приборы пассивного действия, описанные в главе 17.