книги из ГПНТБ / Листов, Константин Михайлович. Радио и радиолокационная техника и их применение
.pdfНа ультракоротких волнах широко применяется штыревая антенна с противовесом. На рис. 18, а изображена такая ан тенна, а на рис. 18,6-—диаграмма ее излучения в горизон тальной плоскости. Провода противовеса в виде веера уста навливаются в направлении на корреспондента, так как в эту сторону происходит максимальное излучение энергии радио волны.
В переносных радиостанциях используется также антенна, называемая горизонтальным вибратором. Она состоит из двух горизонтальных проводов, подвешиваемых на опорах высотой
1 м (рис. 19,а).
Корреспондент
а
Наименьшее
Наибольшее
излучение
Рис. 19. Низко расположенный горизонтальный вибра тор и его диаграмма направленности
При работе на низко расположенный горизонтальный ви братор дальность связи увеличивается по сравнению с даль ностью при работе на штыревую антенну. Для хорошей ра боты горизонтального вибратора необходимо надежно изоли ровать от земли лучи антенны и корпус радиостанции. Поэтому
■не рекомендуется устанавливать радиостанцию непосредствен но на землю, а лучи антенны разбрасывать по поверхности земли.
На рис. 19,6 приведена диаграмма направленности низко расположенного вибратора в горизонтальной плоскости. Наи более интенсивно радиоволны излучаются в направлении лу чей антенны. Это нужно учитывать при развертывании антенны для связи. На рис. 20 показано правильное и неправильное расположение горизонтальных вибраторов при связи двух кор респондентов.
4—2394 |
49 |
Рис. 20. Расположение горизонтальных вибраторов при связи двух корреспондентов
Для повышения дальности действия один из лучей гори зонтального вибратора подвязывается к дереву или мачте на высоте 8—10 м от земли, а другой устанавливается в на правлении «а корреспондента и включается в гнездо «Проти вовес» передатчика. Такая антенна называется антенной типа
<3 |
авгпр и v е с |
-----------■•'-Z° |
Рис. 21. Антенна типа „наклонный луч“
Рис. 22. Диаграмма направленности антенны типа „наклон ный луч“:
а — в вертикальной плоскости; 6 — в горизонтальной плоскости
50
«наклонный луч» (рис. 21). На рис. 22 приведены диаграммы ее направленности в горизонтальной и вертикальной пло скостях.
На рис. 23 изображена Z-образная антенна. Наклонная часть ее удерживается оттяжкой. Противовес состоит из двух изолированных проводов. При работе радиостанции на сред них волнах изолятор замыкается перемычкой и таким образом включается весь противовес. При работе на коротких волнах перемычка размыкается, благодаря чему используется только половина противовеса. Характеристика излучения Z-образной антенны подобна характеристике антенны типа «наклонный луч».
Наибольшее
и з л у ч е н и е
Рис. 23. Z-образная антенна
Антенны «наклонный луч» и Z-образная излучают значи тельное количество электромагнитной энергии вверх и ис пользуются для связи на большие расстояния отраженным лучом. Большей эффективностью в этом отношении обладает полуволновый горизонтальный вибратор, подвешенный на вы соте 10—15 м, питаемый от передатчика с помощью 2-провод- ной линии — фидера. Эта антенна направляет энергию вверх под большим углом к горизонту. Электромагнитные волны, отражаясь от верхних слоев ионосферы, при правильно вы бранных волнах могут обеспечить уверенную связь на рас стояниях в несколько сот километров. Эта антенна обладает максимальным излучением в направлении, перпендикулярном оси вибратора, в противоположность низко расположенному горизонтальному, вибратору, максимум излучения которого происходит вдоль оси вибратора.
Заземление в радиостанциях служит как бы одной из об кладок «конденсатора», другой обкладкой которого служит антенна. Кроме того, в землю отводятся электрические заряды, наводимые в антенне грозовыми разрядами и заряженными частицами снега и пыли. Особенно сильные заряды могут по явиться в антенне во время грозы. Эти заряды (если антенна изолирована от земли) опасны для жизни обслуживающего
4* |
5.1 |
персонала и, кроме того, могут вызвать повреждение аппа ратуры.
При твердом и плохо проводящем грунте, а также на подвижных радиостанциях вместо заземлений используются противовесы.
Идеальный противовес можно себе представить в виде большой металлической пластины, расположенной над поверх ностью земли. Создавая сплошной экран для электромагнит ного поля, такая пластина может свести к минимуму потери энергии в земле. Выполнение такого противовеса практически невозможно, поэтому ограничиваются системой проводов, под вешиваемых под антенной невысоко над землей. На противо вес, изолированный от земли, замыкается электрическое поле антенны.
Для передвижных станций высота подвешивания проводов противовеса над землей равна 1—2 м. При увеличении высоты подвешивания противовеса потери в почве уменьшаются, но при этом уменьшается и излучаемая энергия.
Вместо противовеса в подвижных радиостанциях часто используется металлический корпус станции.
При работе на ультракоротких волнах широко исполь зуется антенна бегущей волны в виде провода длиной 30—40 м, который растягивается над землей на высоте 1—6 м в направ лении корреспондента. Эта антенна обладает резким направ ленным излучением и по сравнению со штыревой увеличивает дальность действия радиостанции в 2—3 раза. Способы ее ис пользования показаны в гл. III (см. рис. 31).
Г Л А В А III
СВОЙСТВА РАДИОВОЛН И ОСОБЕННОСТИ ИХ РАСИРООТРАЖЕНИЯ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О РАДИОВОЛНАХ II ИХ СВОЙСТВАХ
Как уже отмечалось, радиопередача основана на исполь зовании радиоволн, представляющих собой электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве со скоростью све та. Заметим, что радиоволны — это лишь небольшая часть широкого спектра электромагнитных волн, к которому отно сятся также, например, инфракрасные (тепловые) лучи, ви димый свет, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, гаммалучи. Все электромагнитные волны имеют одну и ту же при роду и характеризуются прежде всего длиной волны, т. е. расстоянием, на которое распространяется волна за время одного периода, и частотой, т. е. количеством полных коле баний в течение одной секунды.
Электромагнитные волны различной длины проявляют себя по-разному. Радиоволны оказывают электрическое и магнитное действие, инфракрасные лучи нагревают тела, лучи света освещают предметы и т. д.
Электромагнитная волна (рис. 24) состоит из двух состав ляющих— электрического (Е) и-магнитного (Я) полей, изме нение (колебание) которых во времени и пространстве про исходит по периодическому закону. В пространстве эти поля распределены так, что их силовые линии перпендикулярны друг к другу и к направлению движения волны. Максимумы и минимумы полей (гребни и впадины волны) совпадают между собой во времени.
Линия, вдоль которой распространяется волна, назы вается лучом волны.
Электромагнитные волны образуются вследствие измене ния электрического и магнитного полей. Поэтому количественно электромагнитную волну можно выразить через значение на пряженности электрического или магнитного поля. На прак-
53
тике оказалось удобным выражать интенсивность волны ве- 'личиной напряженности ее электрического поля (£), изме
ряемой в микровольтах или милливольтах на метр (мкв/м,
мв/м).
Электромагнитные волны, используемые в радиотехнике для различных целей, называются радиоволнами. Они зани мают спектр частот от 15103 до 3- 1011 гц, что соответствует длинам волн от 20 км до 1 мм. Порождать такие волны мо гут только переменные токи. При этом мощность волны, а следовательно, и ее энергия пропорциональны квадрату частоты тока.
Для удобства изучения и использования, а также по осо бенностям распространения радиоволны принято группиро вать по диапазонам в соответствии с таблицей, приведенной в главе II.
Благодаря большой скорости распространения радиоволн радиосигнал передается почти мгновенно. Именно поэтому радио не боится расстояний.
Распространение радиоволн сопровождаетсяпереносом энергии, заключенной в электромагнитном поле.
По мере продвижения радиоволны от места возбуждения переносимая ею энергия постепенно затухает: часть ее пре вращается в тепло, или, как принято говорить, поглощается средой, а часть рассеивается в пространстве. Затухание ра диоволн ограничивает дальность радиопередач. Однако в нем есть и положительная сторона. Если бы с увеличением рас стояния волны не затухали, то было бы невозможно одно временно работать даже нескольким радиостанциям на оди наковых частотах, как бы далеко они ни находились одна от другой. Две работающие между собой радиостанции в этом
54
случае обязательно мешали бы всем остальным, что значи тельно уменьшило бы возможности использования радио.
При распространении света наблюдаются следующие яв ления:
— отражение от границы двух веществ, которые имеют различные оптические свойства;
Рис. 25. Переход радиоволны:
а — из более плотной среды в менее плотную; б — из менее плотной в более плотную
—преломление при переходе через границу между двумя различными прозрачными веществами;
—дифракция, т. е. явление частичного огибания препят ствий, которые встречаются на пути распространения света;
—интерференция, т. е. наложение световых лучей, при котором может наблюдаться ослабление иля усиление силы
света.
Все эти явления наблюдаются и при распространении радиоволн.
В электрически однородной среде радиоволны распростра няются прямолинейно и с постоянной скоростью. При встре че с другой средой они частично преломляются на ее гра нице и отражаются, а частично проникают в эту среду, изме няя направление движения.
На рис. 25, а показан переход радиоволны из более плот ной среды в менее плотную, а на рис. 25, б, наоборот, — из менее плотной в более плотную *.1
1 Плотность среды определяется коэффициентом преломления п: чем больше п, тем плотнее считается среда.
55
При отражении радиоволн от границы раздела двух сред угол падения равен углу отражения. Угол падения <р связан с углом преломления ф соотношением
sin 9 __ /;2
sin <J> |
’ |
где «1 и П2 — коэффициенты преломления соответственно пер-, вой и второй сред, характеризующие степень плотности сред.
Если коэффициент преломления среды, в которой распро страняется волна, изменяется плавно в одну и ту же сто рону, например уменьшается, то радиоволна испытывает не прерывное преломление, движется по криволинейной траек тории. Очевидно, что чем электрически неоднороднее среда, тем быстрее меняется коэффициент преломления и тем боль ше кривизна траектории радиолуча.
Явление искривления траектории радиолуча в неоднород ной среде называется рефракцией радиоволн; на нем мы остановимся подробнее при рассмотрении ультракоротких радиоволн.
На пути распространения радиоволн в атмосфере встре чаются большие и малые области этой среды, резко разли чающиеся между собой по плотности, влажности и темпера туре, которые принято называть неоднородностями. При опре деленных условиях неоднородности могут не только отражать, но и рассеивать радиоволны. Такое отражение и рассеяние радиоволн рассматривают как результат вторичного излуче ния, которое вызывают распространяющиеся волны во всех предметах и телах, отличающихся по своим электрическим свойствам от воздуха.
Постоянство скорости и прямолинейность распространения радиоволн в однородной среде, а также отражение и рассеяние радиоволн неоднородностями лежат в основе радиолокации, в частности, в определении расстояний до объектов, их коор динат, самонаведении на цель управляемых снарядов и др.
За счет отражения и рассеяния радиоволн в земной ат мосфере возможно дальнее и сверхдальнее распространение радиоволн.
На возможности незначительного проникновения радио волн из одной среды в другую (например, из воздуха в воду или землю) основана радиосвязь с подводными лодками и работа радиоустройейв с использованием подземных антенн.
Разумеется, отражение, преломление и переход радио волн из одной среды в другую сопровождаются потерями энергии волны, зависящими от электрических свойств сред и частоты волны.
56
Распространяющиеся радиоволны подвержены явлениям дифракции и интерференции.
Дифракцией радиоволн называется способность их огибать (обходить) препятствия — кривизну и неровности земной по верхности ' (горы, холмы), строения, лес и т. п. (рис. 26). Ди фракция наиболее .заметна на длинных волнах и умень шается с их укорочением. Так, если длина волны значи тельно больше размеров препятствия, то радиоволна свободно огибает его. Если же длина волны намного меньше размеров препятствия, то последнее становится непреодолимой прегра дой для распространяющейся волны.
Интерференция радиоволн представляет собой сложное взаимодействие волн, приходящих в точку приема различ ными -путями. В результате этого явления напряженности полей взаимодействующих волн складываются или вычи таются в зависимости от совпадения или несовпадения их фаз. Вследствие интерференции радиоволн результирующая напряженность поля в точке приема может оказаться больше или меньше напряженности каждой из слагаемых волн. На пряженности полей двух радиолучей будут вычитаться, если разность хода этих лучей (г2 — Г\) равна целому нечетному числу полуволн, и складываться, если разность хода равна целому числу длин волн. Однако если складываются тропо сферная волна и волна, отраженная от поверхности земли, то тот же результат взаимодействия волн получается при диаметрально противоположных условиях.
В радиосвязи явление интерференции приводит, как пра вило, к замираниям (федингам) принимаемых сигналов.
Типичные случаи интерференции радиоволн, наблюдаемые
впрактике радиосвязи, показаны на рис. 27.
Впервом случае (рис. 27, а) в точку приема приходят радиоволны поверхностная, распространяющаяся вдоль по-
57
б
Рис. 27. Интерференция радиоволн:
а — в точку приема приходят поверхностные и пространственные волны; б — в точку приема приходят пространственные волны, отраженные на раз личных высотах; в — в точку приема приходят прямые и отраженные от
земли волны
58