книги из ГПНТБ / Семенов Б.З. Теория средств связи и радиотехнического обеспечения учебное пособие

- 180 -

связанных друг с другой переменных электрического и магнитного полей. Радиоволны - электромагнитные волны, длины которых указа­ ны в табл. 2.

" I рис. 5.1 схематически изобракено распределение в простран­ стве электрического и магнитного полей радиоволны в некоторый фиксированный момент времени. Радиоволны распространяются в направ­

магнитного полей по времени совпадают менду собой. Последователь­ ные максимумы и минимумы отделены друг от друга промеяутком в

длину волны.

Если излучатель питается источником синусоидального перемен­ ного тока, то для любого расстояния D и любого момента вре-

Рис. 5.1

нени t мгновенные значения наполненностей полей изменяются со­

гласно уравнениям:

2JT

181 -

где E (t)~ мгновенное значение напряженности электрического поля;

H (t)~ мгновенное значение напряженности магнитного поля;

J[ - длина волны.

Оба поля синфазны. Это означает, что если волна проходит через какую-либо точку, то в этой точке напряженности электрическо­ го и магнитного полей изменяются совместно.

Радиоволны несут с собой энергию, плотность потока которой

ках одинаковы, радиоволны распространяются по прямолинейным траек­ ториям.

При переходе из одной среды в другую, свойства которой отли­ чаются от первой среды, радиоволны испытывают отражение и прелом­

- 182 -

6 i - диэлектрическая проницаемость первой среды; &г - диэлектрическая проницаемость второй среда.

Явление дифракции. Встречая на своем пути непрозрачное тело, радиоволны стремятся обогнуть это препятствие, jto стремление к огибанию препятствий, встречаемых на пути, и составляет сущность явления дифракции волн. Оно проявляется особенно заметно в тех случаях, когда геометрические размеры препятствия соизмеримы с длиной распространяющихся волн, явлением дифракции можно прене­ бречь, если размеры препятствия на пути распространения радио­ волн значительно превосходят длину волны.

Явление оадиорещракнии. В неоднородных средах, свойства кото­ рых от точки к точке плавно меняются, радиоволны распространяют­ ся по криволинейным траекториям. Кривизна траектории определяется степенью неоднородности среды; чем резче от точки к точке меняют­ ся свойства среды, теи больше кривизна траектории. Явление плав­ ного, постепенного преломления радиоволн и получило название оадиореФоакпии.

Явление интерференции. При взаимодействии в некоторой точке пространства двух радиоволн, созданных одним источникам, но про­ шедших различные пути, в точке наблюдения они будут иметь раз­ личные фазы, результирующее поле в зависимости от величины сдви­ га по фазе может оказаться как больше, так и меньше полей взаимо­ действующих волн. Сложение радиоволн в точке наблюдения называется явлением интерференции.

Если взаимодействующие поля равны по величине, то интерферен­ ционный максимум равен удвоенному значению взаимодействующих

полей.

Сила или интенсивность радиоволны может измеряться напряженнретью электрического или магнитного полей волны.

В практике интенсивность радиоволны принято оценивать напряжен­ ностью электрического поля. Единица напряженности —~— оказалась чрезмерно большой. Поэтому напряженность электрического поля радио­

по форие поверхности фронта волны, в этом смысле различают волны сферические, плоские и др.

- 183 -

Естественный видом волны следует считать волну сферической

Подобно тому, как небольшие участки на поверхности земного шара можно считать плоскими, так и небольшие участки сферической

поверхности радиоволны также можно считать плоскими.

V

§ 3 .Влияние тропосферы на распространение радиоволн

Тропосфера - это слой атмосферы, находящийся непосредственно у земной поверхности. Средняя высота тропосферы считается равной II км (практически она колеблется от 9 км в полярных областях до

17км над тропиками).

Всостав тропосферы входят газы воздуха, водяные пары и гид­ рометеоры. Электрические параметры тропосферы определяются ее ме­ теорологическим состоянием и атмосферными процессами, зависящими от режима нагревания тропосферы Землей и от условий погоды. В за ­ висимости от этого в атмосфере по-разному проявляются следующие эффекты:

-рефракция радиоволн;

-рассеяние радиоволн неоднородностями;

-ослабление радиоволн гидрометеорами;

-поглощение энергии радиоволн.

РеДшакпия радиоволн в тропосфере обусловлена плавным изменением показателя-преломления ( я ) тропосферы с высотой. Степень искрив­ ления-радиолуча (рис.5.2) оценивается радиусом кривизны.

4.И. - скорость изменения (градиент) показателя преломле-

•d h ния с высотой;

-184 -

к- коэффициент кривизны радиолуча;

~радиус Земли, равный 6370 км.

Нормальной называют тропосферу, когда абсолютная температура Т и давление водяного пара в убывают с высотой по линейному за­ кону

В нормальной тропосфере градиент показателя преломления равен:

кривизны будет при излучении радиоволн вдоль горизонтальной плос­ кости. различные случаи рефракции в тропосфере показаны на/ рис. 5 .2 . При увеличении показателя преломления с высотой!

радиолуч выгибается книзу (кривая 2 на рис. 5 .2 ). Отрицательная рефракция встречается обычно зимой во время снегопада и в поляр­ ных районах над морем. Она приводит к уменьшению дальности пря­

мой видимости.

Случай, при котором коэффициент кривизны к < I , называется сверхрефракцией или атмосферным волноводом. Радиолуч при этом распространяется в приземном слое, многократно отрекаясь от по­

верхности земли (кривая 5 на рис.5 .2 ).

Атмосферный волновод образуется слоем теплого воздуха, нахо­ дящегося над слоем более охлажденного влажного воздуха. Обычно это встречается над морем и в утренние часы летом над сушей в без­ ветренную погоду.

-185 -

Вслучае стандартной рефракции

ное рассеяние). Тропосферное рассеяние радиоволн неоднородностя­ ми тропосферы обусловлено беспрерывным и беспорядочным перемеще­ нием воздушных масс с различными электрическими параметрами. Рас­ сеиваясь на неоднородностях, радиоволны проникают и в область радиотени (рис.5 .3 ). Амплитуда рассеянного поля в области радиотени значительно больше амплитуды дифракционного поля. Это явле­ ние делает возможным тропосферную связь в диапазоне УКВ на рас­ стоянии в несколько сот километров. Эта связь осуществляется при помощи специальных станций с мощными передатчиками и остронаправ­ ленными антеннами, направленными одна на другую.

Ослабление радиоволн гидрометеорами вызвано рассеянием и поглощением их энергии. Количественно ослабление энергии радио­ волн в доядь и туман в зависимости от их интенсивности оценивается

- 187 -

Коэффициенты ослабления в зависимости от длины волны и интен­ сивности дождя и тумана изображены на рис. 5.4 и рис. 5.5.

Поглощение радиоволн в тропосфере происходит в кислороде и во­ дяном паре. Оно зависит от ч а с т ы (длины волны). Заметное погло­ щение наблюдается на УКВ при длинах волн короче Ю см (рис.5 .6 ).

Расстояние радиоволн в газах тропосферы незначительно.

Ряс. 5.6

Поглощение радиоволн в тропосфере уменьшает дальность обна­ ружения целей.

S 4. Влияние ионосферы на распространение радиоволн

Над тропосферой выше 12 км и до 60-70 км располагается стра­ тосфера, где распространение радиоволн происходит так же, как и в вакууме. Верхний слой газовой оболочки Земли, расположенный

- 189 -

выше 30“70 км, называется ионосферой» которая простирается до нескольких тысяч километров от Земли.

Ионосфера - это ионизированные газы с примесью нейтральных атомов и молекул. Источником ионизации является солнечное излу­ чение, особенно ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излуче­ ние. По мере проникновения в глубь атмосферы энергия этих излу­ чений уменьшается, поэтому электронная концентрация (У/) изме­

Рис. 5.7

Ионизация по высоте изменяется по сложному закону. Эксперимен­ тально установлено, что ионосфера имеет ступенчатый вид с плавным изменением ионизации от ступеньки к ступеньке, различают четыре