РАЗДЕЛ G

РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИОВОЛН

сод ЕРЖАНИЕ

6-1. Характеристика и свойства радиоволн 248 6-2. Некоторые сведения о составе и строении атмосферы.......... 253

Состав атмосферы (253). Строение атмосферы Земли (254). Структура и свойства ионосферы (255).

6-3. Физические основы распространения

радиоволн............ 256

Прямые н поверхностные волны (256). Рефракция радиоволн в тропосфере (257). Рассеяние радиоволн неоднород-ностями турбулентной тропосферы (258), Влияние рельефа и электрических не-однородностей земной поверхности (259). Пространственные волны (259).

6-4. Особенности распространения ультракоротких волн.......... 264

6-1. ХАРАКТЕРИСТИКА И СВОЙСТВА РАДИОВОЛН

Радиоволны - это электромагнитные волны, служащие для передачи сигналов (информации) на расстояние без проводов. Радиоволны создаются высокочастотными токами, текущими в антенне.

В радиоволнах переменные электрическое и магнитное поля тесно взаимосвязаны, образуя электромагнитное поле. (Уравнения электромагнитного поля подробно рассмотрены в § 2-8.)

В свободном пространстве, т. е. в однородной и изотропной непоглощающей среде, в которой диэлектрическая ео=г--X

Х10-* ф/м и магнитная [го=4л-10- ен/м проницаемости всюду во йсех направлениях постоянны, а удельная электрическая проводимость а=0, радиоволны распространяются с неизменной скоростью с=ЗХ Х10 ж/сек=300 000 км/сек (точнее с= =2,99786-10 м/сек). В среде с относительными диэлектрической е и магнитной ц про-ницаемостями, отличными от единицы, скорость распространения радиоволн равна:

, = £. (6.1) -

/ер.

Тропосферное распространение УКВ (264). Отражения УКВ от ионосферы (266). Поглощение УКВ в тропосфере (267).

6-5. Особенности распространения коротких

волн ............... 268

Выбор волн для связи (268). Явления замирания и эхо (268). Расчет линий коротковолновой радиосвязи (268). 6-6. Особенности распространения средних

волн .............. 275

6-7. Особенности распространения длинных

волн.............. 275

6-8. Особенности распространения сверхдлинных волн .......... 276

6-9. Выбор диапазона радиоволн для космической радиосвязи ........(- L276

Литература............. 276

При распространении радиоволн в земной атмосфере, когда влиянием земли и ионосферы можно пренебречь (например, случай воздущной связи при направленных антеннах), в первом приближении атмосферу можно рассматривать как однородную непоглощающую среду с электрическими параметрами свободного пространства и полагать v=c.

Частота (период) колебаний электромагнитного поля определяется частотой возбуждающего источника (генератора высокой частоты) и в процессе распространения радиоволн не изменяется, если передатчик и приемник не перемещаются один относительно др5того. Если же передатчик, или приемник, или оба вместе перемещаются один относительно другого, то частота принимаемых сигналов изменяется относи-. тельно частоты сигналов передатчика (эффект Допплера); при этом сближение передатчика и приемника приводит к возрастанию, а удаление - к уменьщению первоначальной частоты f на величину

Fp, = vr-, (6-2)

Vr - скорость сближения (удаления); V - скорость распространения радиоволн.

Длина волны (X)- расстояние между двумя ближайшими точками волны, находящимися в одинаковой фазе колебания (рис. 6-1).

-Длина вомнь! Л -

/ \ HanpadJiems

/ Хршрсстраненил

Рис. 6-1. к объяснению понятия длина волны .

Если известны распределение источников (излучателей) радиоволн и электрические параметры среды, то электромагнитное поле, создаваемое этими источниками при распространении радиоволи, определяется с помощыо уравнений Максвелла. При этом

электромагнитное поле характеризуется двумя векторами: напряженностью электрического поля Е (в/ж) и напряженностью магнитного поля Н (а/ж).

Направление распространения радиовол-ны в данной точке и плотность потока мощности S {вт/ж) определяются с помощью-вектора Пойнтинга (см. § 2 8)

S==[EXH]. (6-3),

На достаточно больших расстояниях от излучателя в свободном пространстве справедливо отношение

- = 120л,ож. (6-4)

Это отношение называется волновым сопротивлением свободного пространства.

В соответствии с особенностями распространения, а также с учетом применяемых методов генерирования, излучения и приема спектр радиоволн делят на отдельные участки - диапазоны (табл. 6-1).

Таблица 6-1

Примечание. Длина радиоволн оптического диапазона измеряется часто в ангстремах.. С1 А=10-1°Л1=10-* мк). Например, поддиапазон ультрафиолетовых волн составляет. 4,00020. А.

фронтом радиоволны называют воображаемую поверхность, где электромагнитное поле имеет одинаковую фазу. Если поверхность одинаковой фзы волны представляет собой поверхность сферы, то фронт такой волны называется сферическим (рис. 6-2).

ров поля происходят в направлении, перпендикулярном направлению распространения (рис 6-3), является поперечной электромагнитной волной (ТЕМ-волна). На большом удалении от источника излучения при распространении в свободном пространстве радиоволна является локально о д н о р о д-

Лнтенно

Рис. 6-2. К объяснению понятия фронт волны .

раопростраиеиия

Рис. 6-4. Круговая поляризация радиоволн (пра-вополяризованная волна).

На практике наиболее часто рассматривают фронт радиоволны на больших расстояниях от передающей антенны, а также небольшой его участок, с которого происходит съем радиочастотной энергии приемной антенной. В этом случае фронт волны можно считать локально плоским.

Рис. 6-3. Линейная поляризация радиоволн.

Поляризация радиоволн определяется ориентировкой вектора Е радиоволны в пространстве, причем направление колебания вектора Е определяет направление поляризации. Плоскость, проходящая через направление поляризации и направление распространения радиоволны, называется плоскостью поляризации. По характеру изменения направления поляризация радиоволн может быть линейной, круговой и эллиптической. Характер поляризации радиоволн определяется типом излучателя (антенны) и физическими свойствами среды, в которой происходит распространение радиоволн.

В случае линейной поляризации вектор Е, периодически изменяясь по величине и знаку в процессе распространения, остается параллельным самому себе (рис. 6-3). Линейно-поляризованная волна, в которой колебания электрического и магнитного векто-

ной плоской (амплитудные значения Е и Н во всех точках плоской фазовой поверхности, расположенной перпендикулярно направлению распространения, одинаковы).

Большинство типов антенн создают линейно-поляризованные волны, характер поляризации которых при распространении в свободном пространстве не изменяется. Например, антенна в виде вертикального вибратора излучает вертикальную линейно-поляризованную волну. Для наиболее эффективного приема в свободном пространстве вибратор приемной антенны должен быть ориентирован также вертикально.

При распространении радиоволн в анизотропной среде, например, вблизи границы раздела двух сред, вдоль направляющих металлических поверхностей и др., возникает неоднородная плоская волна, в которой наряду с поперечной составляющей вектора Е существует продольная его составляющая (вдоль направления распространения). Это обстоятельство, например, позволяет при приеме поверхностных (земных) волн в ряде случаев применять антенны как с горизонтальными, так и с вертикальными вибраторами независимо от типа передающей антенны.

В случае круговой поляризации вектор Е вращается с частотой радиоволны, описывая СБОИМ концом (при распространении) винтовую линию (рис. 6-4). При этом величина Е остается постоянной. На пути, равном длине волны, вектор поворачивается на 360°. Для получения полей с круговой поляризацией достаточно у двух взаимно перпендикулярных векторов Е одинаковой амплитуды создать сдвиг по фазе на 90°. Так, для антенн круговой поляризации достаточно иметь два линейных вибратора, смещенных на 90° один относительно другого, и питать их токами равной амплитуды со сдвигом по