Раздел 2

Общие сведения об авиационной радиотехнике

2.1. Электромагнитные волны (радиоволны)

При изучении экспериментальных работ Фарадея по электричеству Джеймс Максвелл высказал гипотезу о существовании в природе особых волн, способных распространяться в вакууме. Эти волны он назвал электромагнитными.

Условием возникновения электромагнитных волн является ускоренное движение электрических зарядов. Так изменение тока в проводнике вызывает вихревое электрического поля, а изменение электрического поля приводит к возникновению вихревого магнитного поля, переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле и т.д. Однажды начавшийся процесс взаимного порождения магнитного и электрических полей непрерывно продолжается, захватывая всё новые области в пространстве. Процесс взаимопорождения электрического и магнитного поля происходит во взаимно-перпендикулярных плоскостях рис.2.1. Скорость распространения электромагнитных волн равна 300 000 км/сек

Рис.2.1. Процесс взаимодействия электрического и магнитного полей

2.2. Излучение и отражение радиоволн

Источником первичных электрических колебаний могут быть переменные токи, текущие по проводникам, переменные поля и т. п. Однако переменные токи относительно низкой частоты (например, промышленной частоты 50Гц) для излучения непригодны: на этих частотах нельзя создать эффективный излучатель. Также проводники не всякой конфигурации могут быть эффективными излучателями и на более высоких частотах. Так например колебательный контур содержащий катушку индуктивности и конденсатор является хорошим источником электромагнитных колебаний но плохо излучает электромагнитные волны рис.2.2. В каждый момент времени заряды на обкладках конденсатора равны по величине, противоположны по знаку и удалены друг от друга на расстояние, значительно меньшее, чем λ/2.

Рис.2.2. Параллельный колебательный контур

Для эффективного излучения радиоволн необходима незамкнутая (открытая) цепь, в которой нет участков с противофазными колебаниями тока или заряда, либо расстояние между ними не мало по сравнению с λ/2 рис.2.3. Для практических целей обычно применяют электромагнитные волны с λ < 10км.

Под действием радиоволны в ионосфере могут возникать как вынужденные колебания электронов и ионов, так и различные виды коллективных собственных колебаний (плазменные колебания).

В зависимости от частоты радиоволны  основную роль в её распространении играют те или другие из этих колебаний и поэтому электрические свойства ионосферы, а именно частота плазменных колебаний _0, показатели преломления n и поглощения  различны для различных диапазонов радиоволн.

Падающая волна, проникая в ионосферу, распространяется до такого уровня, при котором  < ₀n. На этой высоте происходит полное отражение волны от слоя ионосферы рис.2.4.

С увеличением частоты падающая волна всё глубже проникает в слой ионосферы.

Рис.2.3. Пример антенной цепи

Рис.2.4. Отражение радиоволн от слоя ионосферы

Максимальная частота волны, которая ещё отражается от слоя ионосферы при вертикальном падении, называется критической частотой слоя. Практически от ионосферы могут отражаться радиоволны длиной более 10 метров, т.е. от диапазона ВЧ (3МГц…30 МГц) и ниже.