Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Белосток В.С. Распространение радиоволн (учебное пособие)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

29.10.2023

Размер:

5.78 Mб

Скачать

☆

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

ВОЕННАЯ КОМАНДНАЯ АКАДЕМИЯ ПРОТИВОВОЗДУШНОЙ ОБОРОНЫ

Кафедра № 10

В. С. БЕЛОСТОК

РАСПРОСТРАНЕНИЕ Р А Д И О В О Л Н

(УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ)

Под редакцией доцента, кандидата технических наук Б. И. МОЛОДОВА

К А Л И Н И 11 - 19 6 4

I *

оЯ

Вучебном пособии кратко излагаются некоторые основные вопросы распространения радиоволн.

Вряде случаев без существенных изменений приводятся све дения, изложенные в имеющейся учебной литературе, причем

некоторые вопросы освещены лишь в ознакомительном порядке.

При необходимости более детального изучения тех пли иных вопросов теории и практики распространения радиоволн рекомен дуется использовать указанную в пособии литературу.

Редактор М. В. Лебедева

Технический редактор В. В. Абрамова

Корректоры Л. Н. Шепелюк, В. И. Соловьева

Подписано к печати 2.3.64 г.	Объем 71/ 2	п. л.
Только для внутриведомственной продажи (цена 1 руб. 45 кон.)
Г-614510	Зак.	761
Типография ВКА ПВО

I л а в a 1

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН

§К Классификация радиоволн по диапазонам частот

испособу распространения

Радиоволнами в настоящее время принято называть электро


магнитные	колебания,		длина волны		которых лежит в		диапазоне
от долей миллиметра			(приблизительно от 0,3 мм) до				100 км,		что
соответствует		интервалу частот		300 000 Мгц — 3 кгц.			называемое
В данном		учебном	пособии	рассматривается		так
свободное	распространение радиоволн *, не связанное						с	какими-
либо искусственными			устройствами,		канализирующими			электро
магнитную	энергию		(например,	в	виде системы	проводов			или

волновода). В этом случае на распространение радиоволн значи тельное влияние оказывает земля и атмосфера.

Свободно распространяющиеся радиоволны находят обшир ные применения в современной радиотехнике для осуществления различных видов радиосвязи (телеграфной, телефонной, фототе леграфной, телевизионной), обнаружения и определения направ


ления	и расстояния		до	различных объектов			(радиолокация),
управления		на расстоянии		механизмами		(радиотелеуправление),
определения		направления на			излучающую станцию и определе
ния	местоположения		кораблей и самолетов				(радионавигация)
и т. д.		на существенные			различия	в особенностях исполь
Несмотря

зования свободно распространяющихся радиоволн, во всех пере численных случаях имеется много общего в связи с тем, что для

передачи информации используется так		называемая		линия ра
диосвязи или р а д и о л и н и я.	включает	в	себя три основных
Каждая линия радиосвязи	включает	в	себя три основных
элемента: передатчик, приемник	и среду,	в	которой	распростра
няются радиоволны.

* Под термином ^свободное распространение» понимается распространение волн в атмосфере, вдоль земной поверхности, в толще земли и в межзвездном пространстве.

Электрические характеристики всех звеньев линии				радиосвя
зи, за исключением среды,	могут	улучшаться	путем	совершен
ствования их конструкций,	тогда	как среда, в	которой	происхо

дит распространение радиоволн, недоступна для управления по желанию человека, по крайней мере в настоящее время.

Среда оказывает двоякое влияние на распространяющиеся в ней радиоволны: во-первых, она вызывает ослабление распро страняющихся в ней радиоволн (уменьшение напряженности поля) и, во-вторых, является источником искажений сигналов.

Поэтому весьма важно правильно учитывать			свойства	среды,
в которой происходит	распространение	электромагнитной		энер
гии. Это видно из того,	что неправильный	выбор	волн для	связи,

особенно в коротковолновом диапазоне, может в десятки и сотни раз уменьшить напряженность поля в месте приема, а в ряде случаев вызвать полное прекращение связи. В этом случае нам не помогут самые совершенные передающие и приемные устрой ства. Только правильный выбор волн и учет ослабления при рас пространении в среде дают возможность обеспечить связь.

Таким	образом,	среда (распространение				радиоволн в про
странстве)	является	главной причиной, влияющей на выбор типа
оборудования и эксплуатацию линий радиосвязи.							диапазонам
В СССР принята		классификация			радиоволн по
частот, приведенная в таблице			1.
							Т а б л и ц а 1
Наименование		Длина волны			в сво	Частота
		бодном пространстве
диапазона	радиоволн
		(вакууме)

Сверхдлинпые волны		Свыше 10 000 м				Ниже 30 кгц
Длинные волны		10000-		1000 м		30 кгц —300 кгц
Средние волны		1000-100			м	300 кгц — 3 Мгц
Короткие волны		100		10 м		3—30 Мгц
Ультракороткие волны:		10 м		I мм		30 -300 000 Мгц
метровые		1	10	1 м		30—300 Мгц
дециметровые			м	10 см		300 -3000 Мгц
сантиметровые		1	10—1 см			3000	-30 000 Мгц
миллиметровые			см — 1 мм			30 000—300 000 Мгц

Указанное деление радиоволн в значительной мере условно. Каждый из диапазонов имеет свои особенности распространения, однако резких различий в изменении условий распространения волн соседних диапазонов не существует.

По способу распространения радиоволн различных диапазо нов вокруг поверхности земного шара радиоволны делятся на 3 е м н ы е, т р о п о с ф е р н ы е и и о н о с ф е р н ы е.

Присутствие земли обусловливает отражение радиоволн от земной поверхности и их частичное поглощение. В этом случае поле в какой-либо точке над поверхностью земли будет пред-

ставлять собой сумму	полей двух	волн — прямой	и отраженной
(рис. 1.1), имеющих	разный сдвиг	фаз в разных	точках прост

ранства. Вследствие этого дальность действия радиолокационной

станции	в одних направлениях значительно уменьшается, а
з других	увеличивается по сравнению с дальностью действия

в свободном пространстве. Сферичность земной поверхности так же играет роль, так как является препятствием для прямолиней ного распространения радиоволн между двумя точками, распо ложенными вблизи от поверхности земли. Например, радиолока ционные станции, работающие в диапазоне ультракоротких воли, не могут обнаружить цель, если она находится вне области пря мой видимости, то есть в области тени (рис. 1.2).

Рис. 1.1.

Влияние земли на распро

Рис.

1.2.

Влияние сферичности

странение

радиоволн

земли

на распространение радио

волн над ее поверхностью

Радиоволны, распространяющиеся .в

непосредственной бли

зости

от поверхности земли и частично

огибающие

выпуклость

земного шара вследствие явления дифракции

(рис. 1.3), получили

название

з е м н ы х

или п о в е р х н о с т н ы х

волн.

земной атмосфере различают две

области,

оказывающие

существенное

влияние на распространение радиоволн;

тропосферу и

ионосферу.

Т р о п о с фе -

р о й

называется приземный слой атмо

сферы, простирающийся до высоты при

мерно

10—15 км. Как известно,

тропо

сфера

представляет

собой

неоднород

ную среду: плотность, влажность

и тем

пература воздуха в пределах тропосфе

ры изменяются с высотой. Вследствие

этого,

отличие

от

свободного

про

странства,

тропосфере

возникает Plic-

Дифракционное рас-

искривление траектории

распростране

пространение радиоволн

ния

радиоволн (то

есть

имеет

место

вокруг земного шара

явление рефракции радиоволн), что спо

земного шара,

собствует

огибанию

ими

выпуклости

При

некоторых

метеорологических

условиях

в приземном

слое

тропосферы,

вследствие

быстрого

изменения

температуры

и влажности с высотой, возникают условия распространения, аналогичные волноводным, за счет чего волны короче 3 м рас пространяются па расстояния до 800—1000 км от передатчика.

Это явление приводит к тому, что цель, находящаяся в обла сти тени, оказывается видимой (рис. 1.4).

Следует также отметить, что в тропосфере всегда существуют местные неоднородности, обусловливающие так называемое тро посферное рассеяние радиоволн, в силу которого возможна связь на расстояниях примерно до 1000 км от передатчика (рис. 1.5).

Рис. 1.4. Упрошенная схема распространения								Рис. 1.5. Распространение
радиоволн по		„атмосферному			волноводу"			радиоволн за счет рас
								сеяния в тропосфере
Радиоволны,			распространяющиеся				на	значительные		расстоя
ния (примерно		до		1000 км)	за	счет	рассеяния в		тропосфере и
направляющего			волноводного			действия		тропосферы,		получили
название	т р о п о с ф е р н ы х				волн.				на высоте о г
И о н о с ф е р о й				называется		область атмосферы
60 км до 600 км			над земной			поверхностью. На			этих	высотах
плотность	воздуха			весьма	мала, и		атмосфера		ионизирована,

то есть в ней имеется большое количество свободных электронов.


Наличие	свободных		электронов обусловливает преломление ра
диоволн,	причем степень этого преломления существенно зависит
				от длины волны. Например, корот
				кие радиоволны могут многократ
				но отражаться от ионосферы и по
				верхности земли, вследствие чего
				они распространяются				на	очень
				большие расстояния (и даже мо
				гут обогнуть земной шар) при
				весьма	незначительных			мощностях
				передатчиков (рис. 1.6). Кроме
				того, в ионосфере имеются местные
				неоднородности, вызывающие рас
Рис. 1.6. Влияние ионосферы i				сеяние	радиоволн,		в	результате
				которого также возможно					распро
распространение		радиоволн		странение		радиоволн	на большие
Радиоволны,				расстояния.				расстояния
		распространяющиеся				на большие
и огибающие земной			шар в	результате		многократного отражения


или рассеяния от ионосферы,		получили		название	и о н о с фе р -
ч ы х	или п р о с т р а н с т в е н н ы х		волн.
На	условия распространения	ионосферных волн			земная по
верхность и тропосфера оказывают			малое	влияние.

§ 2. Распространение плоской радиоволны в полупроводящей среде

В практике распространения радиоволн большое значение имеют случаи распространения в полупроводящих средах. С та кими случаями встречаются, например, при рассмотрении вопро са проникновения волн в морскую воду или в толщу земной коры.

Кроме того, следует иметь в виду, что верхние ионизирован ные слои атмосферы, благодаря наличию в них свободных элек тронов и ионов, обладают также свойствами полупроводника.

Рассмотрим некоторые соотношения, характеризующие осо бенности распространения плоских радиоволн в полупроводящих средах.

Электрические свойства полупроводящей среды характеризу

ются	параметрами: г — диэлектрической						проницаемостью			[или
■относительной			диэлектрической		проницаемостью			гг =	‘	) и
д — удельной		электрической проводимостью*.
В таблице		2	указаны	ориентировочные			значения	электриче
ских	параметров		наиболее типичных			видов земной поверхности,
измеренные на		средних и коротких волнах.
								Т а б л и ц а 2
Среда		Морская		Пресная		Влажная		Сухая
			вода	вода			почва	почва
						1

	-г		80	80			!0		5
	МО		4	10 :i			10”-	Ю-з
’	м

Экспериментальные				определения		электрических		парамет
ров £Г и о различных почв, встречающихся на поверхности										зем
ли, показывают,			что эти	величины	зависят		от структуры		земной,

поверхности, ее влажности, слоистости, температуры, а также от длины волны. Зависимость параметров среды от длины волны

*1. Здесь и далее использована система единиц МКСА.

2.В данном пособии рассматриваются среды, для которых относительная

магнитная проницаемость р-г—1»

лучше всего		изучена для	воды.	Эта	зависимость		указана		в таб
лице 3.								Таблица 3
								Таблица 3
X		300 м	3 м	\| 30	см	3	см	1	3 мм
				\				1
гг	!	80	80	1	79	65 .			8
				i
Частотная		зависимость электрических				параметров		различных

видов почв не установлена. Известно только, что при увеличении

частоты зг убывает, а		а	возрастает.
Плотность тока,		создаваемого		электромагнитным полем в
однородной	полупроводящей среде *,				обладающей	параметра
ми з и з,	может быть		выражена	как	сумма плотностей тока
смещения (тока поляризации) и				тока	электрической	проводи
мости:

^*см+ ^пр.

Вслучае гармонических колебаний

	4м = / « s Е,
	4 Р = ,
поэтому	i = / «> эЕ -j- з Е,

где Е — мгновенное значение напряженности электрического поли волны.

Как видим, плотность тока в полупроводящей среде можно представить как сумму двух слагаемых, одно из которых нахо дится в фазе с напряженностью поля Е и пропорционально про

водимости а,		а другое имеет фазу,				отличающуюся на		от напря
женности поля и пропорционально						сог.	среда	с точки зре
Анализ показывает,				что	полупроводящая		среда	с точки зре
ния	распространения в			ней	радиоволн может быть			охарактери
зована величиной отношения (по						модулю) плотности тока сме
щения к плотности тока проводимости:
					CDS				( 1 . 1 )
			^Пр						( 1 . 1 )
			^Пр		круговую частоту w через длину вол
Выразив в формуле				(1.1)	круговую частоту w через длину вол
ны и скорость			света и	подставив		численное	значение з0,		равное-
- —	1 -	ф	получим:
36- - Н Г		м
				*пр	60	а). '			( 1. 2>
				*пр	60	а). '
* Однородной полупроводящей средой принято							называть	среду,	во всех,
точках	которой	зг м= const, ~ —const.

Зная это отношение, можно оценить, какие токи в среде пре обладают: токи смещения или токи проводимости.

Если 60 оХ->1, то в среде преобладают токи смещения, и она

по своим свойствам приближается к диэлектрику.

Если же 1, то в среде преобладают токи проводимости

и ее свойства ближе к свойствам проводника.

Например, для морской воды равенство плотности токов сме шения и токов проводимости наступает при длине волны

зг 80

0,33 м.

60а 60-4

Поэтому для радиоволн длиннее 3—4 м морская вода может рассматриваться как проводник*.

Для

влажной почвы условие

= 1 выполняется

для

волны’

60 ок

60 с

17 м.

60-10"

Следовательно,

влажная

почва может

рассматриваться как

проводник для волн

порядка

100 м и

длиннее и как

диэлектрик

для метровых и более коротких

волн. Для

волн

сантиметрового

диапазона

все виды

земной

поверхности имеют

свойства, близ

кие к свойствам идеального диэлектрика (среды,

у которой

о = 0).

Распространение радиоволн в полупроводящей среде

сопро

вождается их поглощением, то есть переходом энергии

электро

магнитных волн в тепловую энергию движения молекул.

де

Количественно поглощение радиоволн в полупроводящей сре

оценивается коэффициентом

затухания

а — величиной,

харак

теризующей уменьшение

амплитуды

поля

волны при

перемеще

нии ее на единицу длины.

что

поглощение

при

распространении

Расчеты

показывают,

радиоволн

в полупроводящей

среде зависит от

проводимости а

и длины волны X. Приближенную оценку коэффициента затухания

можно определить по формуле:

30а

;2^ V X

( 1.3)

Таким образом, поглощение радиоволн для любой полупрово

дящей среды увеличивается с ростом

частоты. Оно также

зави

сит от проводимости среды: чем

выше проводимость

среды, тем

большим оказывается затухание радиоволн.

* Условно можно считать,

что gOsX ^

когда

это отношение

меньше 0,1,

gQЕ Г

1, когда оно больше

10.

1 / 131 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ