Распространение ультракоротких радиоволн

Условия распространения УКВ ( ).

К диапазону УКВ относят волны, не отражаемые ионосферой в нормальных условиях. Их невозвращающиеся лучи могут быть использованы для связи с космическими объектами, находящимися за пределами ионосферы. В годы максимума солнечной активности, за счет повышения электронной концентрации ионосферы связь пространственным лунем возможна на волнах .

Тропосферное распространение. Поскольку поверхностные лучи УКВ сильно поглощаются землей, для связи вдоль Земли применяются в основном тропосферные лучи. Для ослабления потерь желательно поднимать антенны и использовать горизонтально поляризованные волны. Дифракция на УКВ выражена крайне слабо. Поэтому уверенная связь обеспечивается в пределах дальности прямой видимости между антеннами.

Рис. 4.10 К определению дальности прямой видимости

Эта дальность, ограниченная кривизной земли, возрастает при увеличении высот подъема антенн. Ее можно рассчитать по формуле:

Где: - высоты подъема передающей и высокой антенн в метрах.

Коэффициент 3.57 соответствует геометрической дальности. Его увеличение до 4.12 происходит за счет нормальной рефракции – в следствие незначительного изменения ℰ с высотой обусловленного изменением температуры, давления и влажности.

Формула для расчета напряженности поля в пределах прямой видимости была получена академиком Б.А. Введенским:

На расстояниях, меньших предела прямой видимости, кроме прямого луче, на приемную антенну воздействует луч отраженный от Земли. Если разность их путей равна нечетному числу полуволн, то в результате их интерференции возникают замирания, для ослабления которых, кроме системы АРУ, целесообразно использовать направленные антенны.

Особо опасны эти замирания для бортовых РПУ, т.к. при движении самолета фаза отраженных о земли лучей непременно изменяется.

Дальнее распространение УКВ возможно в результате следующих причин:

1). Сверхрефракция – аномальное явление, связанное с необычными метеоусловиями (например – повышение температуры с высотой), в результате которых происходит сильное искривление радиолуча и увеличение дальности связи. Если кривизна луча равна кривизне Земли, то луч огибает Землю и дальность может достигать тысяч километров. Это равноценно образованию канала над землей.

2). Тропосферное рассеяние возникает на неоднородностях создаваемых восходящими и нисходящими потоками воздуха. Если концентрировать излучение мощностью в 50 – 100 кВт в узкий луч, то за счет рассеянного отражения будет создано поле, достаточное для регулярной связи на 800 – 1000 км.

3). Ионосферное рассеяние происходит в результате образования в ионосфере областей (облаков) сильно ионизированного газа, способных рассеяно отражать УКВ. Дальность такой связи достигает 2000 км при использовании мощных РПДУ. Связь отличается высокой стабильностью.

Иногда возникает интенсивное отражение УКВ от временных неоднородностей: спорадического слоя или от метеорных следов – сильно ионизированных метеоритных шлейфов. Последнее используется для связи.

Наиболее полную теорию распространения УКВ разработал академик В.А. Фок (1944 – 56 г.г.)

Сравнительные особенности.

Достоинства:

1). Огромная частотная емкость УКВ диапазон (МВ, ДМВ и СМВ) в 1000 раз шире всех более длинноволновых диапазонов. Это позволяет использовать на УКВ практически неограниченное число каналов связи и применять радиосигналы с широкими частотными спектрами.

2). Возможность создания остронаправленных антенн.

Для получения острой направленности требуется, чтобы размеры антенны в десятки раз превосходили длину волны. На УКВ такие антенны имеют небольшие габариты. Их применение позволяет реализовать ряд применений, связанных с определением направления.

3). Практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех. На УКВ основным видом помех являются внутренние шумы.

4). Прозрачность ионосферы для УКВ создает возможность связи с космическими объектами.

Недостатки:

1). Трудность обеспечения дальней связи вдоль Земли.

2). Резонансное поглощение волн СМВ и ММВ диапазонов, длинной: 1.35 см, 5 мм, 2.5, молекулами водяного пара и кислорода.

Области применения.

1). Радиолокация использует ДМВ и СМВ.

2). Ближняя радионавигация – в основном ДМВ.

3). Телевидение – МВ и ДМВ.

4). Радиорелейная связи – ДМВ.

5). Космическая связь – МВ, ДМВ и СМВ.

На летательных аппаратах применяются следующие устройства и системы УКВ: командная радиостанция – МВ; курсоглиссадная система посадки – МВ и ДМВ; радиовысотомеры ДМВ и СМВ; система ближней навигации – ДМВ; ответчики системы УВД – ДМВ; панорамные и допплеровские РЛС – СМВ.

Миллиметровые волны не нашли пока широкого применения.