книги из ГПНТБ / Левитский, Г. Е. Распространение радиоволн
.pdf7 * 13 мгц
f* r r ~
днем, зимой,*
|
|
|
< 4 , 5 |
мгц |
ночью, |
зимой: |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
*4 г= |
б«-6.5 |
|
мгц |
днем |
, |
летом • |
|
|
где ^ |
) fx p ë |
? fx p ? |
- критические частоты слове -0 |
||||||
(В и |
J*" |
соответственно. |
|
|
|
|
|||
Полезно |
соотношение, |
сЕязшзакг.ее |
частоту jf0 |
верти |
|||||
кально направленного луча |
|
и частоту |
/ |
|
- наклонно направ- |
||||
ленного под углом |
% |
при условии,что |
|
эти лучи отражаются |
|||||
на одинаковой высоте (рис.64). |
|
|
|
|
|||||
ИГН
Püc.64, .
Определяя значение Л э |
из (15°) и подставляя его в (157), |
получим: |
* |
?30
г
ш % =
или
f = / o sec%
4
Это выражение получило наименование закона секанса.
Еога |
£ = £ р . « |
/=Л »л > |
|
||
|
|
£тох ~ £кр ' JVCf> |
|
||
где |
fmox |
~ максимальное |
значение частоты,при которой |
||
луч,посланный под углом |
^ |
.может отразиться |
от слоя с |
||
критической частотой |
. |
|
|
||
|
Для того,чтобы обеспечить передачу сигналов из одного |
||||
пункта |
А |
в другой В |
.отстоящий от первого на заданном |
||
расстоянии,при определенных распределениях |
и частоте |
||||
У.необходимо луч посылать под некоторым определенным
углом |
(рис, 65). |
231
Эти углы практически лежат в пределах от (У |
до |
/оmax. То |
|||
|
|
|
О |
ДО |
fo |
что |
|
|
обусловлено кривизной |
земли. Соответ |
|
ствующие ѳначѳния |
л е £ і 0 лежат в пределах If |
3. |
|||
Следовательно, согласно 8ѳкону секанса, максимальные зна |
|||||
чения частот |
^ |
радиоволн, которые могут быть использованы |
|||
для передачи сигналов с помощью отраженных волн, не должны |
|||||
превышать |
(2* |
|
^ 30 мг. гц. (10 метров). Максималь |
||
ные частоты, |
при которых будет наблюдаться отражение от слоев |
||||
§ , Ф |
не будут превышать, соответственно, |
приблизительно |
|||
12 мг гц и 2 мг гц. |
|
|
|||
3. Ослабление радиоволн в ионосфере.
Выше было показано, что ионоивированный газ обладает проводимостью (154). Следовательно, распространение радиоволн в нем будет сопровождаться их поглощением (ослаблением). Мѳханивм поглощения таков. Свободный заряд (электрон, ион) под действием поля радиоволны приходит в движение, при этом часть электромагнитной энергии волнң превращается в кинетическую энергию ѳаряда. Во время столкновения движущегося заряда с нейтральной молекулой газа кинетическая энергия первого пере дается молекуле, т.е. превращается в тепловую энергию газа. Таким образом, в результате взаимодействия свободных зарядов ионизированного гааа с полем радиоволны и нейтральными моле кулами происходит превращение электромагнитной энергии радио волны в тепловую энергию газа, что и приводит к поглощению (ослаблению) радиоволн в ионосфере.
Выясним от каких факторов и как зависит поглощение.
232
Приблизительно можно считать,что ослабление радиоволн в ионо сфере на элементе пути ct€ ( рно.66) будет происхо дить по закону ослабления плоских волн в полупроводящей сре де (Т .гл.ІУ , § I ):
Е(е+с/е)=Е(е)е
Тогда |
ыножитель ослабления на конечной пути |
выра- |
зится |
соотношением: |
|
и _ EfM) =
|
|
“ |
|
|
|
’ |
|
CI59) |
гдI EJM) и Е(М) |
напряженность поля радиоволны без учета |
|||||||
ослабления и при его наличии соответственно; |
|
|||||||
Ги |
- |
множитель ослабления в ионосфере; |
|
|||||
ß(£) - |
коэффициент поглощения радиоволны в точке М} |
|||||||
отстоящей от А |
на расстоянии Е |
( при перемещении |
||||||
вдоль луча |
|
|
|
|
|
|
|
|
JE |
- |
участок луча в ионосфере,ограниченный точками |
||||||
'CuJD л |
|
|
|
|
|
|
|
|
При этом полагается,что на участках АС иФ/Ѵослабления |
||||||||
водны нет. |
|
|
|
|
|
|
|
|
ß - |
определяется формуле» |
(Т. |
4,24 |
) |
||||
|
|
|
ß ^ T |
j t |
• |
|
|
|
Полагая приближенно |
6 = S 0y |
-JA |
и подставляя |
|||||
значение |
6 “ |
|
из- (154) |
.подучим!: |
|
|||
|
|
|
ß - ~ p r - |
|
|
(160) |
||
Отметин,что |
9 |
- |
частота столкновений электрона с |
|||||
нейтральными молекулами газов ионосферы находится в прямой
34
зависимости от их плотности,а поэтому |
значения J9 ' уби |
|||
вают е |
росток |
к |
, в слое & |
они fß) наибольвие;а в |
слое |
У- |
- наименьюие. |
|
|
Из выражения (159) для множителя ослабления в шносфере о учетом соотношения (160) вытекает вывод о том,что ослабление
радиоволн в ионосфере находится в прямой зависимости от часто-
^ты столкновений |
|
»электронной концентрации |
Ж? |
, |
||
длины |
пути,пройденного |
волной в ионосфере |
Ж* |
,и |
часто |
|
|
9 |
|
|
|
|
|
ты колебаний |
/ |
. |
|
|
|
|
|
Наибольший практический интерес представляет как раз |
|||||
зависимость ослабления радиоволн от частоты.Она оказывается |
||||||
достаточно сложной и имеет различный характер в диапазонах |
||||||
длжнных; средних и коротких волн. |
|
|
|
|||
ния ß |
Отметим, что наибольшее значение коэффициента поглоще |
|||||
ыаолвдаетоя |
в нижнем сдое ионосферы из-за |
относи |
||||
тельно большой плотности газов и связанной с вей большой час
тоты столкновений |
|
.Поэтому будем приолижеано полагать, |
что в дневное время |
ослабление происходит в основном в сдое<Э# |
|
9 |
( слой & ночью отсутствует),где |
|
а в ночное - в слое |
|
|
оно значительно меньше чем в слое |
|
Чтобы вскрыть характер зависимости |
ослабления ( множи |
теля lfu ),.от частоты,изобразии схематически лучи между |
|
источником ж точной наблюдения М |
в различных диапазо |
нах в дневное ( рис.67а) и ночное (рис.676) время.На этих рисунках показаны ионосферные слои и лучи волн различных диа пазонов.
Длинные волны ( ДБ ) имеют очень низкие частоты,отражают
ся при малых электронных концентрациях в области .прмеяащей
к нижней границе ионосферы,путь Ж волны в ионосфере
ничтожно |
нал |
, С ростом частоты в диадазоке ДВ путь ckf |
д |
|
ионосфере увеличивается,что обуславливает увеличение ослабле |
||||
ния.несмотря на то,чтодс ростов частоты убывает. |
|
|||
Средние волны (СВ) инею? большие частоты и отражаются |
||||
от слоя |
<о |
. Ослабление |
их в дневное время происходит |
|
в слое |
|
»длина пути в котором мало зависит от частоты |
||
и определяется толщиной слоя. |
|
|
||
Поэтому ослабление £& от частоты имеет такую же |
зави- |
|||
- снмость^как и |
зависимость ß |
от частоты, а именно;осдаблеиие |
||
СВ находится в обратной зависимости от частоты.В дневное время оно столь велико из-за относительно вязкой частоты и
наличия слоя & |
, что передача сигналов на СВ оказывается |
||
вевоэиохной. |
. |
* , |
|
Ночью,когда |
слой < 0 отсутствует,ослабление СВ ничтожно |
||
мало я передача сигналов возможна практически на любые рас |
|||
стояния. |
|
|
|
Короткие водны (КВ) отражаются от |
слоя |
и проходят |
|
иѳрез слоиоЭ и |
Длина пути в последних надо зависит от часто |
||
ты,и поэтому ослабление КВ определяется |
зависимостью JS от |
||
частоты й оказывается,что чем выие частота тем меньше ослабле
ние КВ. Зависимость эта достаточно сальная.
4. Понятие о ІШЧ и НЙЧ ■
Рассмотрим весьма важную в практическом отновении
задачу о выборе рабочей частоты при связи ( передаче сигналов) пространственными ( ионосферными) волками КВ диапазона
( б 4 ЭОжгц ) . |
1 |
|
|
Пусть в передавшем пункте А |
излучается волна на |
частоте |
больней чем /кор «принадлежащая КВ диапазону. |
|
При MOM будет наблвдатьоя картина лучей,изображенная на
рио.бѲ.Обратии внимание на то,что отраженные от ионосфера
<.
лучи попадут на гешш в точки,расстояния которых от А не
неньне |
некоторого *£).Есди частоту j- увеличивать,то |
рас |
стояние |
2 также будет увеличиваться. |
|
|
Отсвда следует вывод,что для линии связи AM |
, |
заданной протяженностиЭ),в данный момент времени,будет оу-
аествовать максимальное значение частоты,при котором водна,
посланная из одного конца линии А попадет в другой - И.Эта частота называется наксииально применимой частотой - МПЧ.
При частотах больших 1ШЧ отраженные волны попадут
на землю в точках .удаленных от А.на |
расстояниях больших«?, |
|
и такие частоты для связи на данной |
траооѳ |
окажутся непри |
годными. |
|
|
Приемное устройство в пункте ІІ будет |
осуществлять |
|
нормальный прием сигналов.посланных из А,в тон случае,если их уровень ( напряженность поля ) не меньше некоторого зна
чения, зависящего от свойств приемной аппаратуры и уровня, помех. J o уровень напряженности ноля волны,неоущей сигналы,
в точке U зависит от величины её оодаблення Па пути
мезду передатчиком и приеішлком.а также от свойств передаю
щей аппаратуры. |
|
|
5 |
диапазоне КВ ослабление находится в обратной зав |
|
симости от частоты. Следовательно, найдетоя частота |
У |
|
( если <3), конечно,достаточно велико - порядка сотен |
жди • |
|
тысяч км ),ари |
которой напряженность поля сигнала и точке |
|
Ц в данный момент времени окажется равной минимально |
«ФОб- |
|
ходииоЯ.Эга частота получила наименование наимоньяей ирвмевимой частоты - НПЧ.
Bps частоте f меньвей НПЧ напряженность поля сигна
ла будет меньие необходимой и такая частота окажется непригод
ной для связи на данной линии.
Таким образом, связь в диапазоне КВ с помощью пространст
венных "волн на заданной линии возможна в диапазоне ч а с т о т :
МПЧ* fp* нп
который называют диапазоном, рабочңх_,частот..
В теории распространения радиоволн разработаны методы
расчета МПЧ и НПЧ. Они изложены почтя в любой книге по рас
пространению радиоволн. |
слоя * |
МПЧ зависит от величины критической частоты |
|
■ протяженности трассы £>. Чем больше £ 0 |
) тем больше |
МПЧ. Поскольку jfpзависит от времени я географического места,
то от |
этих |
факторов будет |
зависеть |
и МПЧ, Днем МПЧ больве чем |
||
■очью. |
|
|
|
|
|
|
|
НПЧ |
зависит от величины |
С в основном в слое |
« 0 |
||
днем |
и сдое S |
ночью) |
протяженности трассы, так как |
от |
||
втих факторов зависит оолаблѳние радиоволны, а такие от мощнос
ти передатчика сЯ и КҢД передающей антенны. Чем больве
тем больве НПЧ. Днем НПЧ больве,чем ночью.
Возмоиность и качество связи пространственная волнами.
КВдиапазона зависит от того,насколько правильно выбраны рабо
чие частоты . Обычно в течение суток используются две ра
бочие частоты - дневная и ночная. Очевидно, что на тех линиях где МПЧ < НПЧ связь оказывается невозможной.
5 . Нерегулярные явления в ионосфере.
Рассмотренная выше структура ионосферы временами наруиа-
-. ' В
етоя под влиянием изменений в деятельное»« Солнца.Эти нару |
||
шения получили наименование |
нерегулярных явлений: частота |
|
их возникновения увеличивается в годы максимумов солнечной |
||
активности,, |
^ |
|
|
Различают несколько типов нерегулярных явлений. |
|
1. Ионосферные бури характерны снижением критических частот |
||
слоя |
и увеличением его высот. Уменьшение критической |
|
частоты приводит к снижению НПЧ и,во иногих случаях,прекра шению связей пространственными волнами КВ диапазона.Ионосфѳрные бури могут продолжаться от нескольких часов до двух суток.
2 . Внезапные вспышки поглощения. Это явление состоит в резкой
увеличении ионизации слоя 2> |
,что вызывает резкое усиление |
|
|
поглощения радиоволн,а вместе с ним и повышение НПЧ.Коротко |
|
||
волновые связи нарушаются. Продолжительность вспышек поглоще |
|
||
ния от нескольких минут до нескольких часов. |
|
||
3.Спорадический слой |
- это слой,находящийся на высоте |
|
|
90 і - fJ0M G горизонтальными размерами порядка сотен км, |
|
||
характерный очень высокими критическими частотами.Время его |
|
||
существования от нескольких минут до нескольких часов.Чаще |
|
||
ов появляется в экваториальных районах. |
|
||
Слой £ с обуславливает |
отражение волн метрового диапа |
|
|
зона я делает возможной передачу сигналов в этом диапазоне |
|
||
пространственными волнами на дальности до 2000 км при отно |
|
||
сительно налонощных передатчиках ( мощность передатчика на |
|
||
много меньше той,которая необходима при передаче сигналов |
|
||
рассеянными волнами ). |
|
< |
■ |
В. настоящее время осуществляется прогнозирование ион6~-
«
сферных бурь. |
, |