РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАДИОВОЛН РАЗЛИЧНЫХ ДИАПАЗОНОВ В АРЭО.

ВВЕДЕНИЕ

 

Радиосвязь, применяемая для передачи информации из одного пункта в другой, может быть представлена в виде блок-схемы:

Радиопередающее устройство создает ВЧ-колебания определенной частоты и мощности и излучает их в пространство. Радиоволны, распространяясь в пространстве, достигают приемной антенны и наводят в ней слабые токи. Эти токи усиливаются и преобразуются в радиоприемнике.

Для безотказного осуществления радиосвязи необходимы:

— безукоризненная работа РПДУ и РПРМУ;

— правильный выбор длины волны;

— необходимая мощность передатчика;

— выбор типа антенн и места их установки;

— устранение искажений сигналов, возникающих в процессе распространения радиоволн.

Для успешного решения этих задач нужно знать свойства радио­волн и свойства среды, в которой они распространяются.

Радиоволна – это электромагнитное колебание, которое характеризуется: периодом, частотой, длиной волны, напряженностью электрического поля и поляризацией. Параметры радиоволн взаимосвязаны:

; ; ,

где и — диэлектрическая и магнитная проницаемости среды (для воздуха ).

Графически структура радиоволны может быть показана на рис. 2.

Рис. 2. Структура радиоволны.

Поляризация радиоволны определяется ориентировкой вектора Е в пространстве. Различают линейную, круговую и эллиптическую поляризации.

Все электромагнитные волны, в том числе и радиоволна, подчиняются общим законам:

1. Закон прямолинейного распространения (в однородной среде с постоянной скоростью).

2.

Законы отражения и преломления (рис. 3).

Преломление объясняется различием в скорости распространения радиоволны с различными . Углы падения и преломления свя­заны между собой законом синусов:

3. Явление дифракции (способности радиоволн огибать выпуклость земного шара, неровности поверхности земли и др. препятствия: такие радиоволны получили название земных или поверхностных) (рис. 4).

4. Явление рефракции (искривление траектории радиоволны в среде с изменяющейся диэлектрической проницаемостью; кривизна траектории зависит от степени неоднородности среды).

5. Явление интерференции (взаимодействие двух радиоволн, созданных одним источником, но прошедших резные пути — они имеют различные фазы и возможно их ослабление или усиление).

Практически распространение радиоволн происходит в атмосфере земли и нам необходимо знать ее состав и строение.

Нижняя часть, прилегающая к земле и достигающая высот 10-14 км — называется тропосферой. Верхние ионизированные слои располагаются выше 60 км и называются ионосферой. Между этими слоями расположена стратосфера, характеризуемая полным отсутствием водяных паров.

Состояние тропосферы определяется температурой, давлением и влажностью. У поверхности земли давление 1000 мбар, а на высоте 10 км — 270 мбар. Температура уменьшается на 4-6°С при подъеме на каждый километр. Влажность сильно изменяется в зависимости от климата.

Вод воздействием ультрафиолетовых лучей газы на высоте свыше 60 км подвергаются ионизации, из-за неоднородности состава атмосферы возникают несколько максимумов ионизации в слоях Д; E; и . В ночное время с уменьшением солнечной радиации слои Д и исчезают (см. рис. 5).

В результате извержений на солнце потоки электронов вторгаются в атмосферу и вызывают нарушение нормального строения ионизированных слоев — ионосферные возмущения.

В ионосфере наблюдаются явления поглощения, преломления и отражения радиоволн. Так как концентрация электронов ионизированного слоя изменяется на высоте плавно, то радиоволны в такой среде распространяются по криволинейным траекториям.

Эта формула показывает, что ионосфера является электрически менее плотной средой, чем воздух. При переходе из среды более плотной в среду менее плотную луч отклоняется от перпендикуляра к границе раздела.

Возможны два случая:

1. Полное отражение от ионосферы и возвращение радиоволны на землю.

2. При недостаточной преломляющей способности ионосферы радиоволны уходят в мировое пространство (рис. 6, 7). В первом случае возникают радиоволны, распространяющиеся вокруг земного шара за счет одно- или многократного отражения. Они на­зываются ионосферными (пространственными) волнами.

МГц (24 м) — при нормальном состоянии ионосферы.

Наибольшая частота луча, направленного под углом к горизон­ту и отражаемого ионосферой называется максимальной частотой для данного угла возвышения. Если частота , то отражения от ионосферы не будет. При с уменьшением угла до 0 возрастает и при имеет наибольшее значение 40,0 МГц (7,5 м). Следовательно, волны длиннее 24 м отражаются от ионосферы, а волны в пределах 7,5-24 м в за­висимости от угла возвышения могут отражаться или проходить ионо­сферу.

Поверхность земли поглощает энергию ионосферных волн. Сопротивление земли активное, радиоволны наводят в ней вихревые токи, которые создают активные потери. С возрастанием частоты растут и потери.

 

 

Все радиоволны принято делить на диапазоны (см. таблицу №1).

Таблица 1

Диапазон радиоволн	Частоты	Длины волн
Мириаметровые (СДВ) Километровые (ДВ) Гектометровые (СВ) Декаметровые (КВ) Метровые (МВ)	3-30 кГц 30-300 кГц 0,3-3 МГц 3-30 МГц 30-300 МГц 0,3-3 ГГц 3-30 ГГц 30-300 ГГц 300-3000 ГГц	100-10 км 10-1 км 1-0,1 км 100-10 м 10-1 м 10-1 дм 10-1 см 10-1 мм 1-0,1 мм

 

Кратко рассмотрим распространение радиоволн по диапазонам.

1. Распространение ДВ. ДВ используются для радиотелеграфной связи, для резерва, для передачи сигналов времени и метеосводок. (СДВ — сигнал точного t ). Так как , то они очень хорошо отражаются и от ионосферы, и от земной поверхности (сферический волновод). ДВ очень сильно поглощаются ионосферой, что приводят к значительным мощностям передатчиков.

2. Распространение СВ. СВ используются в телеграфной и теле­фонной радиосвязи, в радиовещании и радионавигации. В дневные часы СВ поглощаются ионосферой и распространяется как поверхностные, а в ночные часы (нет слоя Д) СВ распространяются как прост­ранственные волны, что приводят к резкому увеличение дальности связи (до 4000-5000 км). В зимнее время условия распространения несколько улучшаются.

3. Распространение КВ. КВ используются для телеграфной и телефонной связи и для радиовещания. Они поглощаются землей при распространении поверхностной волной и связь возможна на небольшие расстояния. На большие расстояния связь осуществляется отраженными от слоя пространственными лучами. При этом слой E является поглощающим. Уверенная связь на КВ возможна при вы­полнении двух условий:

А.

Б. Поглощение энергии слоем Е не должно быть большим. Дальность и устойчивость радиосвязи на КВ зависит от выбора рабочих частот диапазона (на менее коротких — меньшее поглоще­ние, но велика вероятность невозвращения на землю). Применительно для связи на КВ пространственным лучом на большие расстояния весь диапазон принято делить на 3 поддиапазона:

— дневные волны ( );

— промежуточные волны ( );

— ночные волны ( ).

Для распространения КВ свойственно три явления: замирания (феддинги); радиоэхо и зона молчания ( это пространство, где кон­чается прием поверхностных волн, но еще не начался прием прост­ранственнее волн).

4. Распространение УКВ. УКВ используются для самолетной, кос­мической радиосвязи, радиолокации, телевидения и т.д. УКВ не от­ражаются ионосферой, обладают крайне слабой дифракционной способ­ностью. Поэтому дальность связи на УКВ ограничена расстоянием прямой видимости, определяемой по формуле:

и — высоты приемной и передающей антенн.

Из-за явления рефракции дальность связи на УКВ возрастает примерно на 8 %.

Возможно сверхдальнее распространение УКВ (сверхрефракция — 1944-45 гг., чаще над водной поверхностью). Объясняется двумя факторами:

— рассеиванием радиоволн в тропосфере из-за ее “зернистости”,

— рассеиванием радиоволн в ионосфере, вызываемым неоднород­ностью ее строения.

Сверхдальнее распространение УКВ может достигать расстояний в несколько тысяч км.