- •1.Основные понятия о радиоволнах и их характеристики
- •2. Особенности распространения сверхдлинных и длинных радиоволн.
- •3.Основные физические свойства радиоволн.
- •4. Строение атмосферы. Поверхностные и пространственные радиоволны и их свойства.
- •5. Особенности распространения средних радиоволн.
- •6. Особенности распространения радиоволн кв диапазона
- •7. Особенности распространения радиоволн укв диапазона
- •8. Назначение и классификация антенн.
- •9.Основные характеристики антенн
- •10. Антенны для связи земными волнами
- •8.1. Антенны кругового (равномерного) излучения вдоль земли
- •8.2. Антенна направленного излучения вдоль земли
- •11. Антенны для связи ионосферными волнами
- •9.1. Антенны зенитного излучения
- •9.2. Антенны комбинированного излучения
4. Строение атмосферы. Поверхностные и пространственные радиоволны и их свойства.
Характер распространения земных или поверхностных волн определяется рельефом местности, электрическими свойствами земной поверхности и частотой излучаемых колебаний.
Чем меньше проводимость почвы и чем больше частота, тем больше ее поглощение в земле.
Характер распространения ионосферных или пространственных волн определяется электрическими свойствами атмосферы и длиной волны.
Напряженности электрического и магнитного полей связаны между собой через параметры среды, поэтому достаточно рассчитать или измерить одну из этих величин. Оказалось, что удобнее измерять напряженность электрического поля. Напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м), милливольтах на метр (мВ/м) или микровольтах на метр (мкВ/м): 1 мкВ = 10-3 мВ/м = 10-6 В/м. Часто пользуются относительными логарифмическими единицами — децибелами (дБ) 1 дБ=20 lgE/E1. Обычно принимают E1 = 1 мкВ/м и 1 мВ/м. Поэтому напряженность поля, например 1000 мкВ/м, равна 60 дБ, отнесенным к 1 мкВ (в 1000 раз или на 60 дБ больше 1 мкВ). Для характеристики поглощающих свойств среды пользуются понятием удельного коэффициента поглощения Гуд (децибелы на километр), показывающего, во сколько раз уменьшилась напряженность поля при прохождении единицы пути (1 м или 1 км), и коэффициентом поглощении на всем пути r (в километрах). Коэффициент поглощения удобно выражать в децибелах Г (дБ) = Гудr= 20 lgЕ/Е0, где Е - напряженность поля волны, прошедшей расстояние r(в километрах) в поглощающей среде; Е0 — напряженность поля волны, прошедшей то же расстояние в свободном пространстве.
В однородной среде, т. е. в среде, свойства которой не меняются по всему объему, волна движется прямолинейно с постоянной скоростью. При переходе волны из одной среды в другую на границе раздела двух сред происходит преломление и отражение волны. Волна частично проходит во вторую среду, причем направление ее движения меняется, и частично отражается от границы раздела сред (рис. 3). В этом случае угол падения волны равен углу отражения, а угол падения φ и угол преломления ψ связаны соотношением
sin φ/sin ψ = п2/п1, (1)
где n1 и п2— коэффициенты преломления первой и второй сред соответственно.
Если поверхность, на которую падает волна, представляет собой идеальный проводник, то волна полностью отражается от границы раздела и не проходит во вторую среду. Такое отражение называется зеркальным.
Рис. 3. Преломление радиоволн.
а – при переходе из менее плотной среды в более плотную; б – при переходе из более плотной среды в менее плотную.
В случае, когда свойства среды (коэффициент ее преломления) неодинаковы в различных местах, т. е. когда среда неоднородна, волна преломляется и движется по криволинейной траектории. Чем более неоднородна среда, чем резче меняется коэффициент преломления, тем больше кривизна траектории (рис. 4).
Явление искривления траектории движения волны в неоднородной среде называется рефракцией. В том случае, когда волна переходит из среды с большим коэффициентом преломления в среду с меньшим коэффициентом преломления (например, из воды в воздух), при достаточно большом угле падения может наступить явление полного внутреннего отражения, т. е. вся энергия волны отразится от границы раздела и не проникает во вторую среду.
Рис. 4. Рефракция радиоволн.
Явление полного внутреннего отражения может иметь место и в неоднородной среде, когда коэффициент преломления среды уменьшается в направлении движения волны. При этом волна не проникает дальше некоторого определенного расстояния (расстояние h на рис. 4).
Нередко в место приема приходит не одна, а две или несколько волн одной и той же частоты. Например если передающая антенна расположена в точкеА (pиc 5, а),а на некотором расстоянии от нее имеется отражающая поверхность В, то в точку Б волны могут прийти двумя путями: прямым путем по линии АБ и по пути АВБ. В точкеБпроисходит сложение полей этих двух волн – интерференция, причем результирующее поле может оказаться либо больше, либо меньше полей отдельных волн. Если разность длин путей АВБ и АБ составляет целое число длин волн, то поля складываются в фазе и результирующее поле оказывается больше полей отдельных волн (рис 5, б). Если же разность длин волн составляет целое число полуволн, то поля вычитаются (складываются в противофазе) и результирующая напряженность поля оказывается меньше складывающихся полей (рис. 5, в).
П редставим себе, что положение отражающей поверхности меняется таким образом, что разность длин путей АВБ и АБ составляет то целое число длин волн, то целое число полуволн. Тогда амплитуда результирующего поля будет меняться от максимального значения до минимального,
Рис. 5. Интерференция двух волн.
т. е. напряженность поля будет то увеличиваться, то уменьшаться. Такие колебания напряженности поля называют замираниями.
Если на пути распространения волны встречается непрозрачное препятствие, то волна стремится его обогнуть (рис. 6).
Явление огибания волной встречающихся на ее пути препятствий называется дифракцией.
Дифракция наиболее сильно проявляется в том случае, когда размеры препятствия сравнимы с длиной волны. Если препятствие очень мало по сравнению с длиной волны, то напряженность поля за препятствием меняется незначительно (рис. 6, а). При относительно больших размерах препятствия волна практически его не огибает и за препятствием образуется область тени, где напряженность поля мала (рис. 7, б).
Рис. 6. Дифракция радиоволн.
а— препятствие мало по сравнению с длиной волны;
б— препятствие велико по сравнению с длиной волны.