Radijo bangų sklidimo laisvoje erdvėje dėsniai yra gana paprasti, tačiau dažniausiai radijo inžinerija nagrinėja ne laisvą erdvę, o radijo bangų sklidimą žemės paviršiumi. Kaip rodo patirtis ir teorija, Žemės paviršius turi didelę įtaką radijo bangų sklidimui ir fizinėms paviršiaus savybėms (pavyzdžiui, išsiliejimui tarp jūros ir sausumos), ir jo geometrinei formai (bendrasis kreivumas). paviršiaus, pavyzdžiui, skirtumai tarp jūros ir sausumos) ir jo geometrinė forma (bendras žemės rutulio paviršiaus kreivumas ir atskiras nelygus reljefas – kalnai, tarpekliai ir kt.). Ši įtaka skiriasi skirtingo ilgio bangoms ir skirtingo ilgio bangoms bei skirtingiems atstumams tarp siųstuvo ir imtuvo.

Įtaka, kurią radijo bangų sklidimui daro žemės paviršiaus forma, yra akivaizdi iš to, kas pasakyta. Juk čia iš esmės yra įvairių iš radiatoriaus sklindančių bangų difrakcijos apraiškų (§ 41) tiek visame Žemės rutulyje, tiek pagal atskirus reljefo ypatumus. Žinome, kad difrakcija labai priklauso nuo bangos ilgio ir kūno dydžio bangos kelyje ryšio. Todėl nenuostabu, kad žemės paviršiaus kreivumas ir jo topografija skirtingai veikia skirtingo ilgio bangų sklidimą.

Taigi, pavyzdžiui, kalnų grandinė trumpų bangų atveju meta „radijo šešėlį“, o pakankamai ilgos (keleto kilometrų) bangos gerai apeina šią kliūtį ir šiek tiek susilpnėja kalno šlaite priešais radijo stotį (147 pav.). ).

Ryžiai. 147. Kalnas meta „radijo šešėlį“ trumpųjų bangų atveju. Aplink kalną eina ilgos bangos

Kalbant apie visą Žemės rutulį, jis yra labai didelis, net palyginti su ilgiausiais radijo bangų ilgiais. Labai trumpos bangos, pavyzdžiui, metro bangos, visiškai nesisuka už horizonto, tai yra, už regėjimo linijos. Kuo ilgesnės bangos, tuo geriau jos apkeliauja Žemės rutulio paviršių, tačiau net ilgiausios naudojamos bangos dėl difrakcijos negalėjo apvynioti tiek daug, kad apeitų Žemės rutulį – nuo ​​mūsų iki antipodų. Jei vis dėlto radijo ryšys vykdomas tarp bet kurių Žemės rutulio taškų ir labai skirtingų bangų ilgių bangomis, tai įmanoma ne dėl difrakcijos, o dėl visiškai kitos priežasties, kurią aptarsime šiek tiek toliau.

Žemės paviršiaus fizinių savybių įtaką radijo bangų sklidimui lemia tai, kad veikiant šioms bangoms dirvožemyje ir jūros vandenyje atsiranda aukšto dažnio elektros srovės, kurios stipriausios prie siųstuvo antenos. . Dalis radijo bangos energijos išleidžiama palaikyti šias sroves, kurios išskiria atitinkamą Džaulio šilumos kiekį dirvožemyje ar vandenyje. Šie energijos nuostoliai (taigi ir bangos susilpnėjimas dėl nuostolių) priklauso, viena vertus, nuo dirvožemio laidumo, kita vertus, nuo bangos ilgio. Trumposios bangos susilpnėja daug stipriau nei ilgosios. Esant geram laidumui (jūros vanduo), aukšto dažnio srovės nuo paviršiaus prasiskverbia į mažesnį gylį nei esant prastam laidumui (dirvožemis), o energijos nuostoliai pirmuoju atveju yra daug mažesni. Dėl to to paties siųstuvo veikimo diapazonas yra žymiai (kelis kartus) didesnis, kai bangos sklinda virš jūros, nei sklindant sausuma.

Jau pažymėjome, kad radijo bangų sklidimas labai dideliais atstumais negali būti paaiškintas difrakcija aplink Žemės rutulį. Tuo tarpu tolimojo radijo ryšys (keli tūkstančiai kilometrų) buvo vykdomas jau pirmaisiais metais po radijo išradimo. Šiais laikais kiekvienas radijo mėgėjas žino, kad ilgoji (daugiau) ir vidutinė banga Žiemos naktimis stotys girdimos daugelio tūkstančių kilometrų atstumu, o dieną, ypač vasaros mėnesiais, tos pačios stotys – vos kelių šimtų kilometrų atstumu. Trumpųjų bangų diapazone padėtis kitokia. Čia bet kuriuo paros metu ir bet kuriuo metų laiku galite rasti tokius bangos ilgius, kurie patikimai persidengia bet kokiu atstumu. Norint užtikrinti ryšį visą parą, reikia dirbti skirtingu paros metu ant skirtingo ilgio bangų. Radijo bangų sklidimo diapazono priklausomybė nuo metų ir paros laiko privertė radijo bangų sklidimo Žemėje sąlygas susieti su Saulės įtaka. Šis ryšys dabar yra gerai ištirtas ir paaiškintas.

Saulė kartu su matoma šviesa skleidžia stiprią ultravioletinę spinduliuotę ir daugybę greitai įkraunamų dalelių, kurios, patekusios į žemės atmosferą, stipriai jonizuoja viršutines jos sritis. Dėl to susidaro keli jonizuotų dujų sluoksniai, išsidėstę skirtinguose aukščiuose. .

Tokių pėdsakų buvimas davė pagrindą viršutinius žemės atmosferos sluoksnius vadinti jonosfera.

Jonų ir laisvųjų elektronų buvimas suteikia jonosferai savybių, kurios smarkiai išskiria ją nuo likusios atmosferos. Išsaugodama galimybę perduoti matomą šviesą, infraraudonąją spinduliuotę ir matuoklio radijo bangas, jonosfera stipriai atspindi ilgesnius bangos ilgius; tokioms bangoms (daugiau) pasirodo, kad gaublį supa tarsi sferinis „veidrodis“, o šios radijo bangos sklinda tarp dviejų atspindinčių sferinių paviršių – Žemės paviršiaus ir Žemės „paviršiaus“. jonosfera (148 pav.). Štai kodėl radijo bangos gali sklisti aplink pasaulį.

Ryžiai. 148. Banga eina tarp Žemės ir jonosferos

Žinoma, žodžių „jonosferos sferinio veidrodžio paviršius“ nereikėtų suprasti pažodžiui. Jonizuoti sluoksniai neturi aštrių ribų, taip pat nepastebima teisinga sferinė forma (bent jau vienu metu aplink visą Žemės rutulį); jonizacija skirtinguose sluoksniuose yra skirtinga (viršutiniame ji didesnė nei apatiniame), o patys sluoksniai susideda iš nuolat judančių ir besikeičiančių „debesų“. Toks nehomogeniškas „veidrodis“ ne tik atspindi, bet ir sugeria bei išsklaido radijo bangas ir vėlgi – kinta priklausomai nuo bangos ilgio. Be to, laikui bėgant keičiasi ir „veidrodžio“ savybės. Dieną, veikiant saulės spinduliuotei, jonizacija yra daug didesnė nei naktį, kai tik teigiami jonai ir neigiami elektronai vėl susijungia į neutralias molekules (rekombinacija). Jonizacijos skirtumas dieną ir naktį ypač didelis apatiniuose jonosferos sluoksniuose. Čia oro tankis didesnis, jonų ir elektronų susidūrimai dažniau vyksta, intensyviau vyksta rekombinacija. Naktį apatinių jonosferos sluoksnių jonizacija gali sumažėti iki nulio. Jonizacija taip pat skiriasi priklausomai nuo metų laiko, tai yra, nuo Saulės pakilimo virš horizonto aukščio.

Kasdienių ir sezoninių jonosferos būklės pokyčių tyrimas leido ne tik paaiškinti, bet ir numatyti įvairaus ilgio radijo bangų sklidimo sąlygas skirtingu paros ir metų laiku (radijo prognozes).

Jonosferos buvimas ne tik leidžia palaikyti trumpųjų bangų ryšį dideliais atstumais, bet ir leidžia radijo bangoms kartais apiplaukti visą Žemės rutulį ir net kelis kartus. Dėl šios priežasties radijo priėmime atsiranda savotiškas reiškinys, vadinamasis radijo aidas, kurio metu signalą imtuvas suvokia keletą kartų: signalui atėjus trumpiausiu keliu iš siųstuvo, pasigirsta pasikartojantys signalai, kurie sukasi ratu. pasaulis.

Dažnai atsitinka taip, kad banga iš siųstuvo į imtuvą ateina keliais skirtingais keliais, patyrusi skirtingą atspindžių skaičių iš jonosferos ir žemės paviršiaus (149 pav.). Akivaizdu, kad iš to paties siųstuvo sklindančios bangos yra koherentiškos ir gali trukdyti priėmimo taške, susilpnindamos arba sustiprindamos viena kitą, priklausomai nuo kelio skirtumo. Kadangi jonosfera nėra absoliučiai stabilus „veidrodis“, o laikui bėgant kinta, bangų, einančių skirtingais keliais nuo siųstuvo iki imtuvo, kelio skirtumas taip pat keičiasi, todėl stiprinimas ir pan. Galima sakyti, kad trukdžių pakraščiai „šliaužia“ per Žemės paviršius, o imtuvas dabar yra maksimaliai, tada – ties svyravimų minimumu. Dėl to pasikeičia geras girdimumas ir išbluksta priėmimas, todėl girdimumas gali nukristi iki nulio.

Ryžiai. 149. Skirtingi bangos keliai nuo siųstuvo iki imtuvo

Panašus reiškinys stebimas televizoriaus ekrane, jei virš priėmimo antenos skrenda lėktuvas. Lėktuvo atspindima radijo banga trukdo bangai iš siųstuvo stoties ir matome, kaip vaizdas „mirksi“ dėl to, kad eina kintamo signalo stiprinimo ir slopinimo trukdžių „juostos“ (dėl orlaivio judėjimo). ) už priėmimo antenos.

Atkreipkite dėmesį, kad priimant televizijos transliaciją mieste gana dažnai pastebimas vaizdo padvigubėjimas (ir netgi „padauginimas“) kineskopo ekrane: jį sudaro du ar daugiau vaizdų, skirtingu laipsniu paslinktų vienas kito atžvilgiu horizontaliai. Tai yra radijo bangos atspindžio iš namų, bokštų ir kt. Atsispindinčios bangos nukeliauja ilgesnį kelią nei atstumas tarp siunčiančios ir priimančios antenos, todėl jos uždelsdamos pateikia vaizdą. pasislinko elektronų pluošto skenavimo kryptimi kineskopu. Iš esmės čia savo akimis matome radijo bangų sklidimo baigtiniu greičiu rezultatą.

Jonosferos skaidrumas radijo bangoms, kurių ilgis yra mažesnis nei , leido aptikti radijo spinduliuotę, sklindančią iš nežemiškų šaltinių. Jis gyvuoja nuo 40-ųjų. Mūsų amžiuje radijo astronomija sparčiai vystosi, atverdama naujas galimybes tyrinėti Visatą, be tradicinės (optinės) astronomijos. Statoma vis daugiau radijo teleskopų, didėja jų antenų dydis, didėja imtuvų jautrumas, todėl aptinkamų nežemiškų radijo šaltinių skaičius ir įvairovė nuolat didėja.

Paaiškėjo, kad radijo bangas skleidžia ir Saulė, ir planetos, o už mūsų Saulės sistemos ribų – daugybė ūkų ir vadinamųjų supernovų. Daugelis radijo spinduliuotės šaltinių yra aptikti už mūsų žvaigždžių sistemos (Galaktikos) ribų. Iš esmės tai yra kitos galaktikos sistemos, ir tik nedidelė jų dalis identifikuojama su optiškai stebimais ūkais. „Radijo galaktikos“ taip pat buvo aptiktos tokiais dideliais atstumais nuo mūsų (daug milijardų metų), kurių negali pasiekti galingiausi šiuolaikiniai optiniai teleskopai. Buvo aptikti intensyvūs radijo spinduliuotės šaltiniai, kurių kampiniai matmenys yra labai maži (lanko sekundės dalys). Iš pradžių jos buvo laikomos ypatingos rūšies žvaigždėmis, priklausančiomis mūsų galaktikai, todėl buvo vadinamos kvazižvaigždžių šaltiniais arba kvazarais. Tačiau nuo 1962 m. tapo aišku, kad kvazarai yra ekstragalaktiniai objektai, turintys didžiulę radijo spinduliuotės galią.

Atskiri arba, kaip sakoma, atskiri radijo šaltiniai mūsų galaktikoje skleidžia platų bangų ilgių diapazoną. Tačiau taip pat buvo aptikta tarpžvaigždinio vandenilio skleidžiama „monochromatinė“ radijo spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra . Šios spinduliuotės tyrimas leido nustatyti bendrą tarpžvaigždinio vandenilio masę ir nustatyti, kaip ji pasiskirsto visoje Galaktikoje. Visai neseniai buvo įmanoma aptikti monochromatinę radijo spinduliuotę, kai bangos ilgiai būdingi kitiems cheminiams elementams.

Visų aukščiau paminėtų radijo spinduliuotės šaltinių intensyvumas yra labai pastovus. Tik kai kuriais atvejais (ypač netoli Saulės) stebimi pavieniai atsitiktiniai radijo bangų pliūpsniai bendrame pastoviame fone. 1968-ieji buvo pažymėti nauju labai reikšmingu radijo astronominiu atradimu: buvo atrasti šaltiniai (daugiausia esantys Galaktikoje), skleidžiantys griežtai periodiškus radijo bangų impulsus. Šie šaltiniai vadinami pulsarais. Įvairių pulsarų impulsų pasikartojimo periodai yra skirtingi ir pateikiami nuo kelių sekundžių iki kelių šimtųjų sekundės dalių ar net mažiau. Panašu, kad pulsarų radijo spinduliuotės pobūdis yra labiausiai tikėtinas paaiškinimas, jei darysime prielaidą, kad pulsarai yra besisukančios žvaigždės, daugiausia susidedančios iš neutronų (neutroninių žvaigždžių). Didelė šio radijo astronominio atradimo mokslinė reikšmė slypi tokių žvaigždžių atradime ir galimybėje juos stebėti.

Be to, kad jie gauna savo radijo spinduliuotę iš saulės sistemos kūnų, taip pat naudojami jų radarai. Tai vadinamoji radaro astronomija. Priimant radijo signalus iš galingų radarų, atsispindinčių iš bet kurios planetos, galima labai tiksliai išmatuoti atstumą iki šios planetos, įvertinti jos sukimosi aplink savo ašį greitį ir spręsti (pagal įvairaus ilgio radijo bangų atspindžio intensyvumą). ) apie planetos paviršiaus ir atmosferos savybes.

Baigdami pažymime, kad jonosferos skaidrumas pakankamai trumpoms radijo bangoms taip pat leidžia vykdyti visų tipų radijo ryšį su dirbtiniais Žemės palydovais ir erdvėlaiviais (pats ryšys, radijo valdymas, televizija, taip pat telemetrija - perdavimas). įvairių matavimo priemonių rodmenų į Žemę). Dėl tos pačios priežasties dabar galima naudoti metro radijo bangas ryšiui ir televizijai tarp žemės paviršiaus taškų, kurie yra labai nutolę vienas nuo kito (pavyzdžiui, tarp Maskvos ir mūsų Tolimųjų Rytų miestų), naudojant vieną transliacijų retransliavimą. specialiais palydovais, kuriuose sumontuota priėmimo ir perdavimo radijo įranga.

ĮVADAS

Paprastai terminas „radijo bangos“ reiškia elektromagnetines bangas, priklausančias tam tikram dažnių diapazonui, naudojamas radijo inžinerijoje. Specialiu Tarptautinės telekomunikacijų sąjungos (ITU) ir Tarptautinės elektrotechnikos komisijos (IEC) sprendimu įprasta atskirti šiuos radijo dažnių diapazonus ir atitinkamus radijo bangų ilgius:

labai žemi dažniai (VLF) – nuo ​​3 iki 30 kHz, arba miriometrinės bangos (bangos ilgis nuo 100 iki 10 km);

žemi dažniai (LF) - nuo 30 iki 300 kHz, arba kilometrinės bangos (bangos ilgis nuo 10 iki 1 km);

vidutiniai dažniai (MF) - nuo 300 kHz iki 3 MHz, arba hektometrinės bangos (bangos ilgis nuo 1 km iki 100 m);

aukšti dažniai (HF) - nuo 3 iki 30 MHz, arba dekametrinės bangos (bangos ilgis nuo 100 iki 10 m);

labai aukšti dažniai (VHF) - nuo 30 iki 300 MHz, arba metro bangos (bangos ilgis nuo 10 iki 1 m);

itin aukšti dažniai (UHF) – nuo ​​300 MHz iki 3 GHz, arba decimetrinės bangos (bangos ilgis nuo 1 m iki 10 cm);

itin aukšti dažniai (SHF) – nuo ​​3 iki 30 GHz, arba centimetrinės bangos (bangos ilgis nuo 10 iki 1 cm);

itin aukšti dažniai (EHF) – nuo ​​30 iki 300 GHz, arba milimetrinės bangos (bangos ilgis nuo 1 cm iki 1 mm).

Radijo inžinerija istoriškai vystėsi su nuolatine tendencija plėtoti vis aukštesnius dažnių diapazonus. Tai visų pirma lėmė poreikis sukurti labai efektyvias antenų sistemas, sutelkiančias energiją siauruose kieto kampo kampuose. Faktas yra tas, kad antena su siauru spinduliavimo modeliu būtinai turi turėti skersinius matmenis, kurie žymiai viršija veikimo bangos ilgį. Tokią sąlygą nesunku įvykdyti matuoklyje, o juo labiau centimetrų diapazone, o labai kryptinga antena miriometrinėms bangoms būtų visiškai nepriimtinų matmenų.

Antras veiksnys, lemiantis vertingąsias aukštų dažnių diapazonų savybes, yra tai, kad čia galima realizuoti daugybę radijo kanalų su tarpusavyje nesikertančiomis dažnių juostomis. Tai leidžia, viena vertus, plačiai taikyti kanalų dažnių padalijimo principą, kita vertus, naudoti plačiajuosčio moduliavimo sistemas, tokias kaip dažnio moduliacija. Tam tikromis sąlygomis tokios moduliavimo sistemos gali užtikrinti didelį radijo kanalo atsparumą triukšmui.

Transliavimo ir televizijos praktikoje taip pat susiformavo šiek tiek supaprastinta radijo bangų juostų klasifikacija. Pagal ją miriometrinės bangos vadinamos superlong bangomis (VLW), kilometrinės – ilgosiomis bangomis (LW); hektometrinės – vidutinės bangos (MW), dekametras – trumposios bangos (HF), o vis daugiau aukšto dažnio virpesių, kurių bangos ilgis mažesnis nei 10 m, priskiriami ultratrumposioms bangoms (VHF).

1. RADIJO BANGŲ SKLAIDA NEMOKAMAI

ERDVĖ

Informacijos perdavimo sistema susideda iš trijų pagrindinių dalių: siųstuvo, imtuvo ir tarpinės grandies – jungiamosios linijos. Tarpinė grandis yra terpė – erdvė, kurioje sklinda radijo bangos. Kai radijo bangos sklinda natūraliais takais, t.y. sąlygomis, kai žemės paviršius, atmosfera, kosminė erdvė tarnauja kaip terpė, terpė yra ta radijo sistemos grandis, kuri praktiškai nevaldoma.

Radijo bangoms sklindant terpėje, keičiasi bangų lauko amplitudė, sklidimo greitis ir kryptis, sukasi poliarizacijos plokštuma, iškraipomi perduodami signalai. Šiuo atžvilgiu, projektuojant radijo ryšio linijas, būtina:

nustatyti optimalias veikimo bangas tam tikromis sklidimo sąlygomis;

nustatyti tikrąjį signalų atvykimo greitį ir kryptį;

atsižvelgti į galimus perduodamo signalo iškraipymus ir nustatyti priemones jiems pašalinti.

Norint išspręsti šias problemas, būtina žinoti elektrines žemės paviršiaus ir atmosferos savybes bei fizinius procesus, vykstančius radijo bangų sklidimo metu.

Žemės paviršius turi didelę įtaką radijo bangų sklidimui:

puslaidininkiniame Žemės paviršiuje radijo bangos sugeriamos;

kai jie patenka ant žemės paviršiaus, jie atsispindi;

sferinė žemės paviršiaus forma neleidžia tiesiai sklisti radijo bangoms.

Radijo bangos, sklindančios arti Žemės paviršiaus, vadinamos antžeminės radijo bangos(1.1 pav.). Atsižvelgiant į žemės bangų sklidimą, atmosfera laikoma be nuostolių terpe, kurios santykinis laidumas ε lygus vienetui. Atskirai atsižvelgiama į atmosferos įtaką, atliekant reikiamus pataisymus.

Žemę supančioje atmosferoje yra trys sritys, turinčios įtakos radijo bangų sklidimui: troposfera, stratosfera ir jonosfera. Ribos tarp šių sričių nėra ryškiai išreikštos ir priklauso nuo laiko bei geografinės padėties.

Troposfera vadinamas paviršiniu atmosferos sluoksniu, besitęsiančiu iki 7-18 km aukščio. Troposferoje oro temperatūra mažėja didėjant aukščiui. Troposfera yra nevienalytė tiek vertikalia kryptimi, tiek išilgai žemės paviršiaus. Keičiantis meteorologinėms sąlygoms, keičiasi jo elektriniai parametrai. Troposferoje yra antžeminių radijo bangų trajektorijos kreivumas 1, vadinamas refrakcija. paskirstymas troposferos radijo bangos 2 galimas dėl jų išsibarstymo ir atspindžio nuo troposferos nehomogeniškumo. Radijo bangos milimetrų ir centimetrų diapazone sugeriamos troposferoje.

Stratosfera tęsiasi nuo tropopauzės iki 50-60 km aukščio. Stratosfera nuo troposferos skiriasi žymiai mažesniu oro tankiu ir temperatūros pasiskirstymo pagal aukštį dėsniu: iki 30-35 km aukščio temperatūra pastovi, o vėliau smarkiai pakyla iki 60 km aukščio. . Stratosfera turi tokią pat įtaką radijo bangų sklidimui kaip ir troposfera, tačiau ji pasireiškia mažiau dėl mažo oro tankio.

jonosfera vadinamas atmosferos sritimi 60-10 000 km aukštyje virš žemės paviršiaus. Šiuose aukščiuose oro tankis labai mažas, o oras jonizuotas, t.y., yra daug laisvųjų elektronų. Laisvųjų elektronų buvimas reikšmingai veikia jonosferos elektrines savybes ir leidžia nuo jonosferos atsispindėti ilgesnėms nei 10 m radijo bangoms.Radijo bangos, sklindančios atspindžiu iš jonosferos arba joje sklindančios, vadinamos jonosferos bangos 3. Žemės paviršiaus ir troposferos savybės mažai veikia jonosferos bangų sklidimo sąlygas.

Radijo bangų sklidimo sąlygos 4,5 kosminiuose radijo ryšiuose turi tam tikrų specifinių savybių, o radijo bangoms

Ryžiai. 1.2. Antenos raštai pagal

galia:

1 – izotropinis emiteris; 2 - kryptinis

4 daugiausia įtakos turi Žemės atmosfera.

1.1. Tobulos transliacijos formulė

Laisva erdvė gali būti laikoma vienalyte nesugeriančia terpe, kurios ε =1. Realiai tokios medijos neegzistuoja, tačiau posakiai, apibūdinantys radijo bangų sklidimo sąlygas šiuo paprasčiausiu atveju, yra esminiai. Radijo bangų sklidimas sudėtingesniais atvejais pasižymi tomis pačiomis išraiškomis, į jas įtraukiant veiksnius, kurie atsižvelgia į konkrečių sklidimo sąlygų įtaką.

Norint projektuoti įvairias radijo sistemas, būtina nustatyti radijo bangos elektrinio lauko stiprumą priėmimo vietoje arba galią priimančiojo įrenginio įėjime.

Laisvai erdvei, energijos tankis P (W/m 2 ) atstumu r (m) nuo taškinio šaltinio, vienodai skleidžiančio radijo bangas visomis kryptimis, yra susietas su šio šaltinio skleidžiama galia Rizl (W) tokia priklausomybe:

kur P yra Poyntingo vektoriaus modulis.

Praktiškai antena energiją įvairiomis kryptimis spinduliuoja netolygiai. Siekiant atsižvelgti į spinduliuotės netolygumo laipsnį, įvedamas antenos krypties koeficientas.

Antenos kryptingumas D rodo, kiek kartų galios tankis kinta tam tikru atstumu nuo spinduliuotės su kryptiniu skleidėju, palyginti su įvairiakrypčiu (izotropiniu) emitteriu.

Naudojant kryptinį radiatorių, įvyksta erdvinis galios perskirstymas, dėl ko galios tankis vienose kryptimis didėja, o kitomis mažėja, lyginant su izotropinio radiatoriaus naudojimo atveju. Kryptinių antenų naudojimas leidžia gauti D kartų didesnį galios tankį priėmimo taške arba sumažinti siųstuvo galią D kartų.

D reikšmė priklauso nuo žiūrėjimo kampų: horizontalioje plokštumoje ξ ir vertikalioje q (1.2 pav.). Paprastai antena sukuria didžiausią spinduliuotę tik tam tikra kryptimi (ξ0 θ0), kuriai D įgyja maksimalią reikšmę D max =D(ξ0 θ0). Vadinama D priklausomybė nuo kampų ξ ir θ antenos raštas galia ir santykis F 2 (ξ,θ)= D(ξ θ)/D maks

Normalizuotas spinduliuotės modelis pagal galią (1.2 pav.).

Galios tankis atstumu r nuo kryptingai spinduliuojančios antenos

Radijo bangos elektrinio lauko stiprio amplitudė laisvoje erdvėje yra susijusi su šios bangos energijos tankiu (per laisvos erdvės varžą Z0)

E 2 m c \u003d 2Z 0 P \u003d 240p P,

iš kur nustatoma elektrinio lauko stiprumo amplitudės vertė laisvoje erdvėje Em cv (V / m) tam tikru atstumu r (m) nuo emiterio:

(1.1)

Imtuvo įvesties galia, suderinta su antena, esančia atstumu r nuo emiterio,

Priėmimo antenos efektyvusis plotas, apibūdinantis bangos fronto plotą, iš kurio antena išgauna energiją.

Patogu nustatyti galią Рpr.sv tiesiogiai per galią Prad ir spinduliuojančios antenos vertę Drad:

Ši išraiška vadinama ideali radijo perdavimo formulė.

Galios susilpnėjimas radijo bangoms sklindant laisvoje erdvėje, apibrėžiamas kaip santykis Ppr.sv / Pizl, vadinamas perdavimo praradimas laisvoje erdvėje. Naudojant nekryptines siuntimo ir priėmimo antenas, šis santykis B 0 (dB) apskaičiuojamas pagal formulę:

kur P - galia, W; r - atstumas, km; ƒ - dažnis, MHz.

Kryptinių antenų naudojimas prilygsta spinduliuotės galios padidėjimui koeficientu.

Prisiminkime, kad radijo bangų poliarizaciją lemia radijo bangos elektrinio lauko stiprumo vektoriaus orientacija erdvėje, o vektoriaus kryptis – poliarizacijos kryptį.Priklausomai nuo vektoriaus krypties kitimo  gali būti poliarizacija linijinis, apskritas Ir elipsės formos. Radijo bangų poliarizacijos laisvoje erdvėje tipą lemia emiterio (antenos) tipas. Pavyzdžiui, vibratoriaus antena laisvoje erdvėje skleidžia tiesiškai poliarizuotą bangą.

Norint gauti bangas su žiedine poliarizacija, pakanka turėti du linijinius vibratorius kaip perdavimo anteną, viena kitos atžvilgiu pasislinkusias 90 ° kampu, ir maitinti jas vienodos amplitudės srovėmis su 90 ° fazės poslinkiu. Radijo bangas su žiedine poliarizacija skleidžia, pavyzdžiui, spiralinės ir turniketinės antenos. Šis poliarizacijos tipas plačiai naudojamas televizijoje ir radare.

Elipsiškai poliarizuotą bangą galima sukurti, pavyzdžiui, naudojant antenas, dviejų sukryžiuotų vibratorių pavidalu, kurių rankos yra maitinamos skirtingos amplitudės srovėmis.

Kad priėmimas būtų efektyvus, priimamos bangos lauko poliarizacijos pobūdis ir priėmimo antenos poliarizacijos savybės turi sutapti. Formulės (1.2) ir (1.3) galioja, jei elektrinio lauko ir priimančios antenos poliarizacijos pobūdis ir kryptis sutampa. Jei sutapimo nėra, priimančiosios antenos galia sumažinama ir aukščiau pateiktos formulės pataisomos. Pavyzdžiui, norint efektyviausiai priimti bangą su tiesine poliarizacija, priėmimo antenos vibratorius turi būti nukreiptas lygiagrečiai vektoriui.  . Jei vektoriaus kryptis  statmenai priimančiojo vibratoriaus ašiai, tada priėmimo nebus.

1.2. Erdvės plotas, būtinas dauginimuisi Radio bangos Frenelio zonos metodas

Lauko formavimuisi prie priimančios antenos B (1.3 pav., a) įtakos turi įvairios laisvos erdvės sritys, pro kurias sklinda radijo bangos iš emiterio A. Spindulys sukuria sferinę bangą, kurios kiekvienas priekio elementas vėl yra sferinės bangos šaltinis. Naujosios bangos paviršius randamas kaip antrinių sferinių bangų apvalkalas. Lauką tam tikru atstumu nuo emiterio lemia bendras antrinių šaltinių veikimas. Didžiausią indėlį į šią sumą sudaro šaltiniai
esantis šalia tiesės AB. Antrinių gretimų radiatorių, esančių dideliu atstumu nuo šios tiesės, veikimas yra abipusiai kompensuojamas.

Radijo bangoms skleisti būtina sritis, jie vadina erdvės dalį, kurioje sklinda pagrindinė energijos dalis. Terpės nehomogeniškumas (pavyzdžiui, kliūtys bangos kelyje) turi įtakos lauko charakteristikoms priėmimo taške, jeigu juos dengia sklidimo metu reikšmingas plotas. Ši sritis turi apsisukimo elipsoido konfigūraciją su židiniais taškuose A ir B (1.3 pav., b). Elipsoido skerspjūvio spindulys atstumu nuo taško A ir atstumu r0 nuo taško B nustatomas pagal lygybę:

rn+ rn=r0+ r0+n (l/2)

ir gali būti apskaičiuojamas pagal lygtį,

kur yra sveikasis skaičius.

Vadinama žiedinė sritis, pastatyta ant plokštumos S, statmenos tiesei AB, spinduliais Rn Frenelio zona skaičiai n (1.3 pav., c).

Jeigu ant bangos sklidimo kelio dedamas ekranas su apvalia skyle (ekrano plokštuma statmena tiesei AB), tai pasikeitus skylės spinduliui (arba ekranui judant taku), lauko stiprumas taške B periodiškai keisis (1.4 pav.).

Ryžiai. 1.4. Lauko stiprumo pasikeitimas baigėsi

apvalios skylės ekranas

skylės spindulio pasikeitimas R

(– pirmosios Frenelio zonos spindulys)

Lauko stiprumas bus didžiausias, kai skylės spindulys ekrane bus lygus pirmosios Frenelio zonos spinduliui ir Frenelio zonų su kitais nelyginiais skaičiais spinduliams. Esant dideliam skylės dydžiui (didesniam nei šeštosios Frenelio zonos spindulys), lauko stiprumo amplitudė linkusi į Em St (1.4 pav.), todėl sklidimo metu reikšmingas srities skerspjūvio spindulys yra lygus. laikoma lygia Frenelio zonos spinduliui su skaičiais 6-10. Tačiau orientaciniam
Atlikus skaičiavimus, reikšmingos srities dydis dažnai gali būti lygus pirmosios Frenelio zonos spinduliui.

1.3. Klausimai savityrai

1. Kokios yra radijo bangų juostų klasifikacijos? Pateikite šias klasifikacijas.

2. Kodėl pastebima tendencija kurti vis daugiau aukšto dažnio radijo bangų diapazonų?

3. Kokia yra radijo ryšių projektavimo seka?

4. Kokie veiksniai turi įtakos radijo bangų sklidimo kelių tipams?

5. Užsirašykite idealios transliacijos formulę. Paaiškinti tai.

6. Kokie yra radijo bangų poliarizacijos tipai?

7. Kodėl reikia atsižvelgti į priimamos bangos poliarizacijos pobūdį ir priimančios antenos poliarizacijos savybes, kad priėmimas būtų efektyvus?

8. Kokia erdvės dalis vadinama sritimi, būtina radijo bangoms sklisti?

9. Koks Frenelio zonų sąvokos įvedimo tikslas?

10. Nubraižykite ir paaiškinkite lauko stiprumo už nepermatomo ekrano priklausomybės nuo šio ekrano skylės spindulio grafiką.

2. ŽEMĖS PAVIRŠIAUS ĮTAKA RADIJO BANGŲ SKLIIMUI

2.1. Įvairių tipų žemės paviršiaus radijo bangų sugertis

Radijo jungčių galiniai taškai daugeliu atvejų yra arti Žemės paviršiaus. Pusiau laidaus Žemės paviršiaus buvimas sukelia radijo bangų sugertį ir atspindį, kartais pasikeitus bangos poliarizacijai. Kiekybiškai šie reiškiniai priklauso nuo žemės paviršiaus elektrinių parametrų: dielektrinio laidumo ε ir laidumo (2.1 lentelė). ε ir reikšmės nustatomos eksperimentiškai pagal radijo bangų sugertį žemės paviršiuje ir atspindį nuo jo ir priklauso nuo žemės paviršiaus struktūros, drėgmės, sluoksniavimo, temperatūros, taip pat nuo veikimo dažnio.

2.1 lentelėje matyti, kad didėjant dažniui (mažėjant bangos ilgiui) jūros ir gėlo vandens ε mažėja. Tokį ε sumažėjimą lemia tai, kad vandens molekulės yra polinės ir, didėjant dažniui, jos nespėja orientuotis elektrinio lauko kryptimi.

Dirvožemis yra sudėtingas dielektrikas, susidedantis iš kieto komponento - sauso dirvožemio ir skysto komponento - vandeninio druskų tirpalo. ε ir skystojo komponento reikšmės yra žymiai didesnės nei kietojo komponento, o grunto elektrinius parametrus daugiausia lemia skystojo komponento savybės.

Radijo bangų sklidimo terpėje sąlygos pasižymi nuostolių tangentas terpėje, skaitine prasme lygi laidumo ir poslinkio srovės tankių santykiui

Jei, tada terpėje vyrauja poslinkio srovė ir ji savo savybėmis artėja prie dielektriko. Jei tada terpėje vyrauja laidumo srovė ir jos savybės artimos laidininko savybėms. Laidumo srovių ir poslinkio srovių tankių lygybė atsiranda esant tam tikram ribiniam bangos ilgiui lgr. Taip, jūros vandeniui

Todėl radijo bangoms centimetrų diapazone jūros vanduo gali būti laikomas dielektriku. Šlapiam dirvožemiui

2.1 lentelė

Tipiškiausių žemės paviršiaus tipų dielektrinės konstantos ir laidumo vertės

Žemės paviršiaus arba dangos tipas

Bangos ilgis, m

Jūros vanduo (t = 20 0 С)

Gėlas upių, ežerų vanduo

Drėgnas dirvožemis (t = 20°C)

Sausas dirvožemis (t = 20°C)

Ledas (t = -10°С)

Sniegas (t = -10° С)

sušalęs dirvožemis

Lentelės tęsinys. 2.1

Drėgna dirva metro ir trumpesnio ilgio bangoms gali būti laikoma dielektriku. Vadinasi, centimetrinėms bangoms visų tipų žemės paviršiaus savybės yra artimos idealaus dielektriko savybėms.

Radijo bangoms sklindant puslaidininkinėje terpėje, lauko amplitudė mažėja didėjant atstumui pagal eksponentinį dėsnį, o fazė keičiasi tiesiškai. Užfiksuojama puslaidininkinėje terpėje vienos koordinačių ašių kryptimi sklindančios bangos lauko stiprio momentinė vertė

kur Em s nustatomas pagal (1.1).

Reikšmė α apibūdina energijos nuostolius terpėje ir vadinama slopinimo faktorius. Fiziškai nuostoliai atsiranda dėl elektromagnetinių bangų energijos perėjimo į molekulių judėjimo šiluminę energiją. Vertė b (fazės koeficientas) apibūdina bangos fazės pokytį. Šie kiekiai gali būti parašyti tokia forma:

Duotos fazės judėjimo greitis bangos sklidimo kryptimi nf, vadinamas fazės greitis, yra susijęs su β reikšme:

Požiūris

paskambino lūžio rodiklis aplinką.

Bangos ilgis terpėje

Radijo bangų sugertis terpėje apskaičiuojama integraliniu koeficientu Г ir išreiškiama decibelais:

Linijinė sugertis išreiškiama decibelais vienam metrui:

Atstumai, kuriais radijo bangoms sklindant drėgnoje dirvoje ir jūros vandenyje, Em susilpnėja 10 6 (120 dB) koeficientu, pateikti 2.2 lentelėje.

2.2 lentelė

Atstumai, kuriais įvyksta slopinimas

Atstumas, kuriam esant Em reikšmės susilpnėja 120 dB, m

šlapias dirvožemis

Jūros vanduo

Vadinasi, radijo ryšiui per žemės paviršiaus storį arba jūrą (pavyzdžiui, ryšiui su panardintais povandeniniais laivais) taikomos tik ilgosios ir itin ilgos bangos.

2.2. Plokščiųjų radijo bangų atspindys orui lygiame Žemės paviršiuje

Elektromagnetinė banga, krentanti į lygią dviejų terpių sąsają (2.1 pav.), iš dalies atsispindi nuo šios ribos (ir kritimo kampas lygus atspindžio kampui) ir iš dalies pereina į antrosios terpės gelmes. Todėl pirmoje terpėje yra krentančios ir atsispindėjusios bangos, o antroje – lūžusi banga.

Priklausomai nuo vektoriaus krypties Žemės paviršiaus atžvilgiu, išskiriami du poliarizacijos tipai – vertikali ir horizontali. Esant vertikaliai poliarizacijai, elektrinio lauko stiprumo vektorius yra bangos kritimo plokštumoje, t.y., plokštumoje, statmenoje atsiskyrimo plokštumai ir einančioje per krintančios bangos sklidimo kryptį (2.1 pav., a). Su horizontalia

Ryžiai. 2.1. Į atspindžio koeficiento nustatymą

poliarizacija, elektrinio lauko stiprumo vektorius yra lygiagretus sąsajos plokštumai (2.1 pav., b).

Frenelio atspindys yra krintančių ir atspindėtų bangų lauko stiprio kompleksinių amplitudių santykis, apibrėžtas idealiai lygioje plokščioje sąsajoje. Vertikaliai ir horizontaliai poliarizuotoms bangoms, krintančioms iš laisvos erdvės į puslaidininkį, koeficientų Гв ir Гг reikšmės apskaičiuojamos pagal formules:

čia θ kritimas yra bangos kritimo kampas į sąsają tarp terpių; F yra jo fazė.

Kai kuriais atvejais būtina žinoti lauko stiprumą arba bangos, pereinančios į antrąją terpę, galią. Tam naudojama sąvoka perdavimo koeficientas F: . Pralaidumo koeficientas gali būti išreikštas atspindžio koeficientu Г. Su vertikalia poliarizacija

su horizontalia poliarizacija

2.3. Radijo bangų atspindys nuo grubaus paviršiaus

Natūralios žemės dangos retai būna visiškai plokščios. Didžiausią įtaką daro ultratrumpųjų ir ypač centimetrinių bei milimetrinių radijo bangų atspindžio netolygumai. Todėl praktikoje svarbu mokėti nustatyti lauko, atsispindinčio nuo nelygių paviršių, charakteristikas. Skirtingai nei lygus paviršius, grubus paviršius sukuria atspindėtą signalą ne tik atspindžio kampo, lygaus kritimo kampui, kryptimi, bet ir kitomis kryptimis, įskaitant atvirkštinę. Todėl nelygumai sumažina efektyvų atspindžio koeficientą veidrodinio pluošto kryptimi.

Pagrindinis veiksnys formuojantis atspindėtam laukui yra fazių santykiai, nulemti bangų kelio nuo spinduliuotės šaltinio iki paviršiaus elementų skirtumo. Išsklaidytas signalas, be tos pačios poliarizacijos komponento kaip krintančioji banga, gali turėti ir stačiakampės poliarizacijos komponentą. Išsklaidytų bangų lauko stiprumas skaičiuojamas esant dideliems nelygumams Kirchhoff metodu, o esant mažiems nelygumams - perturbacijos metodu.

Atsispindėjusios bangos susidarymui daugiausia įtakos turi paviršiaus plotas, kurį riboja 1-oji Frenelio zona. Normaliam bangos kritimui paviršiuje 1-oji Frenelio zona yra apskritimas su spinduliu (žr. (1.5)), įstrižai – elipsė, kurios pagrindinė ašis yra pratęsta bangos sklidimo kryptimi. 1-osios Frenelio zonos elipsės mažosios ir didžiosios pusašių matmenys yra atitinkamai lygūs:

kur ir yra atstumai nuo maršruto galų iki geometrinio atspindžio taško; - bangos kritimo kampas (2.2 pav., b).

2.3 pav. Matymo linijos atstumas

be ir su lūžiu

2.4. Antžeminių radijo bangų sklidimo atvejų klasifikacija

Skaičiuojant antžeminių radijo bangų lauko stiprumą, atmosfera imama kaip be nuostolių terpė, kurios ε=1, o reikiamos pataisos, atsižvelgiant į atmosferos įtaką, įvedamos papildomai.

Žemės paviršiaus įtaka radijo bangų sklidimo sąlygoms gali būti sumažinta iki dviejų atvejų: pirmasis – emitento arba priėmimo antena iškeliama aukštai (bangos ilgio skalėje) virš Žemės paviršiaus, antrasis – skleidžianti ir priimanti antena. priėmimo antenos yra arti Žemės.

Pirmuoju atveju, būdingu ultratrumpoms ir iš dalies trumpoms radijo bangoms, lauko stiprumo apskaičiavimo metodas priklauso nuo radijo ryšio ilgio, lyginant su „matymo linijos“ atstumu (2.3 pav.), apskaičiuotu pagal formulę.

čia = 6,37 10 6 m yra Žemės spindulys; ir - antenos aukščiai, m.

Su radijo ryšio ilgiu< <0,2 земную поверхность можно считать плоской, при 0,2 < <0,8 вносятся поправки на сферичность земной поверхности, при >0,8 lauko stiprumo skaičiavimas atliekamas atsižvelgiant į radijo bangų difrakciją.

Antruoju atveju, daugiausia susijęs su vidutinėmis ir ilgomis bangomis, kai radijo ryšio ilgis ne didesnis kaip: 300–400 km (λ, 200–20 000 m); 50–100 km (λ, 50–200 m); 10 km (jei λ, 10-50 m) žemės paviršius laikomas plokščiu. Didesnio ilgio radijo ryšiuose lauko stiprumas apskaičiuojamas atsižvelgiant į difrakciją.

2.5. Spindulio laukas iškilęs virš plokščio žemės paviršiaus

Šiuo atveju banga pasiekia žemės paviršių reikšmingu (bangos ilgio skalėje) atstumu nuo emiterio, o bangos fronto atkarpa netoli žemės paviršiaus gali būti laikoma plokščia. Trumpo nuotolio radijo ryšiu< 0,2 o поле в месте приема является результатом ин­терференции полей прямой волны и волны, отраженной от плоской земной поверхности (рис.2.4), причем напряженность электри­ческого поля отраженной волны определя­ется при помощи коэффициентов отражения Френеля. Прямая волна распространяется по пути АВ, отраженная по пути АСВ, а линия АО есть направление максимального излучения передающей антенны. Результи­рующее поле определяется trukdžių formulė

kur nustatoma iš (1.1),

Kampai θ1 ir θ2 pažymėti fig. 2.4. Šios formulės trinario šaknis vadinama trukdžių faktorius.

Atitinkamai poliarizacijai pagal (2.7), (2.8) formules nustatomas atspindžio koeficientas nuo žemės paviršiaus Гw.g. Silpnai nukreiptoms antenoms dėl to, kad plačiame kampų diapazone D(θ2)/D(θ1) 1, trukdžių formulė yra supaprastinta:

Žemės paviršiaus buvimas keičia emiterio lauko pasiskirstymą vertikalioje plokštumoje. Spinduliuotojo-Žemės sistemos spinduliuotės modelis yra įtrauktas į daugybę skilčių, o paties emiterio spinduliuotės modelis F(θ) reiškia šių skilčių gaubtą. 2.5 paveiksle pavaizduoti gaunami sistemų vertikalaus vibratoriaus – Žemė (a) ir horizontalaus vibratoriaus – Žemė (b) spinduliavimo modeliai, kai emiteris pakeltas į aukštį virš grunto, imamas kaip idealus dielektrikas.

Praktiškai svarbiam radijo bangų sklidimo besistojančiais spinduliais (θ linkęs į 90 0) atveju (2.12) formulė gali būti dar labiau supaprastinta. Atsižvelgiant į tai, kad šiuo atveju |Gv.g| 1, Fv.g (2.1 pav.), lauko stiprumas Em (V/m) priklausomai nuo

Ryžiai. 2.5. Virš Žemės paviršiaus iškeltų antenų krypties raštai

atstumai r (m), bangos ilgis (m), antenos aukštis (m) ir galia P (W) nustatomi pagal pasiūlytą formulę B.A. Vvedenskis:

Jeigu

tada skaičiavimas pagal aukščiau pateiktą formulę gerai sutampa su matavimo rezultatais.

2.6. Netoli plokščios žemės esančio emiterio laukas

paviršiai

Idealiai laidaus paviršiaus veikimas vertikaliam vibratoriui gali būti pakeistas tokio pat ilgio fiktyvaus vibratoriaus, esančio paviršiaus atžvilgiu simetriškai pagrindiniam vibratoriui, veikimu (2.6 pav.). Tada elektrinis laukas tolimojoje zonoje tiesiai ant paviršiaus nustatomas pagal formulę

kur yra tikro vibratoriaus efektyvusis ilgis.

Tokios antenos spinduliuotės modelis turi didžiausią spinduliuotę išilgai paviršiaus. Pagal ribines sąlygas vektorius nukreipiamas normaliai į paviršių, taigi ir energijos sklidimo vektorius nukreiptas lygiagrečiai paviršiui. Sąlygos, artimos aptariamoms, praktikoje stebimos, kai jūros paviršiumi sklinda ilgos bangos.

Kai radijo bangų šaltinis yra horizontalus vibratorius, esantis virš puikiai laidaus paviršiaus aukštyje, daug mažesniame už bangos ilgį, srovė veidrodiniame vibratoriaus vaizde turi priešingą kryptį nei pačiame vibratoriuje. Šių vibratorių sukurti laukai šalia paviršiaus panaikina vienas kitą, o gautas laukas yra lygus nuliui. Esant ne idealiam žemės paviršiaus laidumui, visiškas kompensavimas neįvyksta, tačiau horizontalaus vibratoriaus laukas yra daug silpnesnis nei vertikalaus vibratoriaus laukas, todėl vertikalaus vibratoriaus naudojimas kelia didžiausią susidomėjimą.

Jei paviršius, šalia kurio yra vertikalusis emiteris (2.6 pav., b), nėra idealus laidininkas, tai dalis radijo bangų, sklindančių iš antenos, energijos prasiskverbia giliai į žemės paviršių. Vadinasi, be P1g dedamosios, nukreiptos palei paviršių, yra statmenai žemės paviršiui nukreipta P1v dedamoji, dėl kurios suminis vektorius P1 nėra nukreiptas lygiagrečiai žemės paviršiui, taigi ir elektrinis laukas. stiprumo vektorius 1 nukreiptas į žemės paviršių ne 90° kampu, o be vertikalios elektrinio lauko stiprumo dedamosios yra ir horizontalioji dedamoji E1r. Remiantis apytiksliais

Leontovičiaus - Ščukino ribinės sąlygos (sukuria ryšį tarp vektorių ir pirmosios terpės elektromagnetinio lauko gerai laidžios antrosios terpės paviršiuje, kur yra antrosios terpės kompleksinė bangų varža) gauti santykį tarp vertikalios ir elektrinio lauko stiprio kompleksinių amplitudių šalia žemės paviršiaus horizontalieji komponentai:

Komponentai ir laukai pasislenka fazėje, dėl to jis turi elipsinę poliarizaciją. Griežtos ribinės sąlygos sukuria ryšį tarp sudėtingų lauko komponentų amplitudių ore ir žemėje:

Homogeniškas takelis. Norėdami apskaičiuoti Em1v tiesiai ant paviršiaus, kai emiteris yra vibratorius, esantis šalia puslaidininkio paviršiaus, naudokite formulę, gautą vienu metu M.V. Shuleikinas ir B. Van der Pol:

Ryžiai. 2.7. Prie radijo bangų difrakcijos skaičiavimo - schema

bangos sklidimas sferiniu Žemės rutulio paviršiumi

kur nustatoma pagal (1.1); |W| yra slopinimo daugiklis, kuris yra parametro funkcija,

Kai vertės > 25

|W| vienas/. (2.17)

Heterogeninis takelis. Lauko stiprumas nehomogeniškame kelyje, susidedančiame iš dviejų atkarpų, kurių elektriniai parametrai smarkiai skiriasi, pavyzdžiui, judant iš jūros į sausumą, nustatomas pagal (2.15), kur slopinimo koeficientas |W| apskaičiuojamas kaip dviejų fiktyvių vienalyčių takų silpninimo koeficientų geometrinis vidurkis: Skaičiuojant imami parametrai ir, skaičiuojant parametrai ir.

Pakrantės refrakcija. Netoli žemės paviršiaus sklindančios radijo bangos fazinis greitis priklauso nuo jo
elektriniai parametrai. Radijo bangai pereinant iš jūros į sausumą (netoli pakrantės), pasikeičia bangos sklidimo kryptis, vadinama pakrantės refrakcija. Taip sukuriama klaida nustatant radijo bangų atvykimo kryptį, kuri yra būtina radijo navigacijos sistemų veikimui.

2.7. Radijo bangų difrakcija aplink sferinį žemės paviršių

Kliūčių, su kuriomis susiduria radijo bangos, apvalinimas jų sklidimo kelyje vadinamas difrakcija. Kai radijo ryšio ilgis ir antenų aukštis yra tokie, kad radijo bangoms skleisti būtiną plotą (1-oji Frenelio zona) iš dalies arba visiškai padengtų žemės paviršiaus išgaubimas, tada neuždengta 1-oji dalis Frenelio zona arba šių skaičių zonos, vaizduojančios sferinių bangų šaltinių derinį, sukuria spinduliuotę ne tik pradinio bangos judėjimo kryptimi, bet ir už žemės paviršiaus išgaubimo.

Atstumai, artimi regėjimo linijos ribai, kai 1-oji Frenelio zona uždaryta tik iš dalies, vadinami penumbra(2.7 pav.). Atstumai, kuriais 1-oji Frenelio zona yra visiškai padengta, vadinami šešėline sritimi.

Šešėlinėje srityje lauko stiprumas Em (mV / m) apskaičiuojamas pagal B pasiūlytą formulę .BET. fokom:

kur Em sv nustatoma pagal formulę (1.1); G yra slopinimo koeficientas, kuris yra trijų funkcijų sandauga, G = U(x)V()V (), kur U(x) yra atstumo nuo siųstuvo funkcija, r (m); V() V() - siunčiančios ir priimančios antenos aukščio funkcijos arba, jei funkcijos išreiškiamos decibelais, tai G (dB) lygus

Literatūroje esantys grafikai naudojami funkcijoms U(x) ir V(y) nustatyti.

Skaičiavimas pagal šiuos grafikus daugiausia atliekamas VHF juostai, kur naudojamos antenos, kurios yra iškeltos aukštai virš žemės paviršiaus. Lauko stiprumo skaičiavimas ilgųjų, vidutinių ir net trumpųjų bangų diapazonuose, kai antenos yra šalia Žemės paviršiaus, yra supaprastintas, nes V() = V() = 1.

2.8. Klausimai savityrai

1. Užrašykite nuostolio kampo liestinės nustatymo išraišką, pateikite reikiamus paaiškinimus.

2. Kokiame radijo bangų diapazone poslinkių srautų tankis žemės paviršiuje vyrauja prieš laidumo srovių tankį?

3. Prie kokių laidumo srovių ir poslinkių nustatomas ribinis bangos ilgis?

4. Nurodykite radijo bangų puslaidininkinėje terpėje parametrų ypatybes.

5. Paaiškinkite, kodėl radijo ryšiui su panardintais povandeniniais laivais taikytinos tik ilgosios ir itin ilgos bangos?

6. Kokie koeficientai lemia atsispindėjusių ir lūžusių bangų intensyvumą? Kokioms poliarizacijos rūšims nustatyti šie koeficientai?

7. Paaiškinkite radijo bangų atspindžio nuo grubaus paviršiaus ypatumus.

8. Kokiomis sąlygomis grubus paviršius gali būti laikomas lygiu?

9. Pateikite antžeminių radijo bangų sklidimo atvejų klasifikaciją ir paaiškinkite.

10. Užrašykite trukdžių formulę ir įvardykite jos taikymo sąlygas.

11. Užrašykite Vvedenskio formulę. Kokiomis sąlygomis pagal šią formulę galima apskaičiuoti lauko stiprumą.

12. Paaiškinkite spinduliuotės lauko, esančio šalia lygaus žemės paviršiaus, ypatybes.

13. Kokie yra vertikalaus vibratoriaus lauko komponentai, esantys šalia pusiau laidžio žemės paviršiaus?

14. Užrašykite ir paaiškinkite Shuleikino-Van der Pol formulę.

15. Nurodykite lauko stiprumo nehomogenišku keliu skaičiavimo ypatumus, kai emiteris yra šalia lygaus žemės paviršiaus.

16. Kokiame bangų diapazone reikšmingai įtakoja spinduliuotės koordinačių nustatymo paklaidos, kurias sukelia pakrantės lūžis?

17. Kaip skaičiuojant lauko stiprumą atsižvelgiama į radijo bangų difrakciją aplink sferinį žemės paviršių?

3. TROPOSFERA IR JOS ĮTAKA RADIJO BANGŲ SKLIIMUI

3.1 Troposferos sudėtis ir struktūra

Troposfera- tai arčiausiai žemės paviršiaus esantis atmosferos sluoksnis, besitęsiantis iki 8-10 km aukščio poliarinėse platumose ir iki 16-18 km aukščio tropikuose. Troposferoje yra iki 4/5 atmosferą sudarančių dujų masės ir beveik visas vandens garų kiekis.

Elektros požiūriu troposfera yra labai nevienalytė terpė, dėl to joje išlinksta radijo bangų trajektorijos, todėl tam tikru atstumu kinta bangų atvykimo kryptis ir lauko stiprumas.

Norint atsižvelgti į troposferos įtaką radijo bangų sklidimui, būtina žinoti į troposferą patenkančių dujų kitimo dėsningumus ir, kuriuos lemia fizikinės ir cheminės savybės. Santykinė troposferos dujų sudėtis išlieka pastovi per visą aukštį, keičiasi tik vandens garų kiekis, kuris priklauso nuo meteorologinių sąlygų ir mažėja didėjant aukščiui.

normali troposfera vadinama tokia hipotetine troposfera, kurios savybės atspindi vidutinę tikrosios troposferos būklę. Normaliai troposferai būdingos šios savybės: slėgis Žemės paviršiuje (p = 0,1013 MPa), temperatūra (T = 288 K) ir santykinė oro drėgmė (S = 60%). Didėjant aukščiui kas 100 m, slėgis sumažėja 1,2 kPa, temperatūra – 0,55 K. Normalios troposferos riba laikomas 11 km aukštis.

3.2 Troposferos dielektrinė konstanta ir lūžio rodiklis

Santykinis troposferos (oro) laidumas gali būti laikomas lygiu vienybei tik apytiksliai. Iš tikrųjų ši vertė yra šiek tiek didesnė už vienetą ir priklauso nuo slėgio p (Pa) temperatūros T (K) ir absoliučios drėgmės e (Pa)

Antrasis (3.1) terminas išreiškia pokytį dėl elektros krūvių poslinkio nepolinėse dujų molekulėse, kurios sudaro orą, veikiant išoriniam laukui, ir poliarinių vandens garų molekulių orientacijos.

Troposferos lūžio rodiklis

ir yra susijęs su troposferos dydžiu pagal išraišką

Žemės paviršiuje n reikšmė, priklausomai nuo klimato sąlygų, yra 1,00026-1,00046. Skaičiavimams patogiau naudoti kiekį, vadinamą sumažėjęs troposferos lūžio rodiklis, N = (n-l) 10 6, Žemei N = 260 460.

Normalioje troposferoje aukščio pokytis virš žemės paviršiaus h (m) atitinka eksponentinį dėsnį

kur z = 5,78 - nuokrypis nuo vienybės šalia žemės paviršiaus; - vertikalus gradientas, kai h = 0.

Eksponentinė priklausomybė nuo ūgio stebima, kai vidurkis yra didelis stebėjimų skaičius, o atskiros specifinės kreivės tam tikru mastu nukrypsta nuo šio dėsnio. Nuokrypiai ypač dideli vasarą iki 2–3 km aukštyje, kur stebimas intensyvus debesuotumas, dažnos temperatūros ir drėgmės inversijos. Beveik visada yra palyginti nedideli svyravimai, palyginti su eksponentine priklausomybe, kurią sukelia turbulentinis oro judėjimas.

Šie svyravimai laikomi troposferos nehomogeniškumu. Mažų nehomogeniškumų dydžius lemia keli metrai ar kelios dešimtys metrų, o nuokrypis nuo vidutinės N reikšmės yra DN = l 2. Maži nehomogeniškumas nuolat kinta, atsiranda ir išnyksta. Vidutinės N vertės kinta sezoniškai ir kasdien, o šie pokyčiai yra didžiausi šalia žemės paviršiaus ir nukrenta beveik iki nulio 7–8 km aukštyje. Didžiausios N vertės prie žemės paviršiaus stebimos liepos mėnesį, minimalios - sausio mėnesį.

Sezoninius paviršiaus N verčių pokyčius lydi atitinkami g pokyčiai. Gradientų g reikšmės ir jų pokyčiai yra ypač dideli paviršiniame sluoksnyje ir mažėja didėjant aukščiui. Ir g reikšmės priklauso nuo geografinės kelio vietos ir kinta pačiame kelyje.

Paviršiniame oro sluoksnyje, siekiant supaprastinti skaičiavimus, galima aproksimuoti eksponentinį kitimo dėsnį su aukščiu - tiesinis

Efektyvus vertikalus dielektriko gradientas troposferos pralaidumas, vaizduojantis tokį pastovų aukščio gradientą, kad lauko stiprumas priėmimo taške bus toks pat kaip ir realaus kelio pasikeitimo atveju.

Vidutinė gradiento vertė gaunama statistiškai apdorojant daugybę matavimų. Reikšmės paklūsta normalaus paskirstymo dėsniui su standartiniu nuokrypiu. Vidutinės vertės (1/m) ir standartiniai nuokrypiai (1/m) įvairiems klimato regionams vasarą, kai šios vertės yra didžiausios, svyruoja šiose ribose nuo iki nuo iki 11 . Yra žemėlapiai su sumažinto lūžio rodiklio jūros lygyje vidutinių mėnesinių verčių izoliacijomis.

Troposferos laidumą galima nustatyti matuojant oro temperatūrą, slėgį ir drėgmę, naudojant prietaisus, sumontuotus ant orlaivių ar balionų.

3.3. Radijo bangų lūžis troposferoje

refrakcija vadinamas radijo bangos trajektorijos kreivumu, kai ji sklinda nehomogeninėje terpėje. Lūžio reiškinys troposferoje paaiškinamas dielektrinės konstantos ir atitinkamai lūžio rodiklio n pasikeitimu su aukščiu.

Radijo bangų trajektorijos kreivumo spindulį troposferoje (neatsižvelgiant į žemės paviršiaus kreivumą) galima nustatyti pagal formulę:

kur yra bangos kritimo kampas laužiamojoje sąsajoje;

dn/dh yra lūžio rodiklio gradientas.

Lūžio rodiklio gradiento minuso ženklas reiškia, kad kreivio spindulys yra teigiamas, o bangos trajektorija yra išgaubta aukštyn, nes lūžio rodiklis mažėja didėjant aukščiui.

Atsižvelgiant į tai, kad n l ir įdomiausiam švelnių spindulių atvejui nuodėmė 1, turime:

Iš (3.3) seka, kad radijo bangų trajektorijos kreivumo spindulį troposferoje lemia ne absoliuti lūžio rodiklio reikšmė, o jo kitimo su aukščiu greitis.

Sklindant normalioje troposferoje, kuriai būdingas pastovus lūžio rodiklio gradientas, mažais kampais į žemės paviršių sklindančių radijo bangų trajektorijos yra apskrito lanko formos, kurių spindulys R = 25 000 km.

Refrakcija, kuri atsiranda normalioje troposferoje, vadinama normali troposferos refrakcija.

Troposferos refrakcijos įtaka su tiesine indekso N priklausomybe nuo aukščio yra supaprastinta, naudojant ekvivalentinį Žemės Re spindulį. Tarkime, kad lūžį patiriančios radijo bangos nehomogeninėje terpėje sklinda ne kreivinėmis trajektorijomis, kaip realiomis sąlygomis, o tiesiomis trajektorijomis vienalytėje terpėje virš kažkokio įsivaizduojamo paviršiaus, kurio kreivės spindulys Re nėra lygus Žemė: Ro = 6370 km (3.1 pav.).

Be to, daroma prielaida, kad realiais ir lygiaverčiais atvejais radijo bangų trajektorijos eina tame pačiame aukštyje virš paviršiaus vienodais atstumais nuo emiterio. Tada lygiavertis Žemės rutulio spindulys pateikiamas pagal

Normaliam lūžiui dN/dh -40 1/km ir Re = 8500 km.

Pagrindiniai Žemės ekvivalentinio spindulio sąvokos taikymo atvejai yra tokie.

Matymo linijos atstumas, atsižvelgiant į refrakciją, nustatomas pagal formulę

Esant normalioms refrakcijos sąlygoms

kur yra atstumas metrais; yra antenos aukštis metrais.

Esant normaliai refrakcijai, regėjimo linijos atstumas padidėja 15%.

Įvairių meteorologinių sąlygų įtakoje troposferoje gali pasikeisti lūžio rodiklis su aukščiu, kuris gerokai skiriasi nuo normalios lūžio atsiradimą lemiančių sąlygų. Pagal tai refrakcija gali būti neigiama, nebūti arba teigiama (3.2 pav.).

Esant neigiamai refrakcijai, N nemažėja, kaip įprasta, didėjant aukščiui, o atvirkščiai – didėja, t.y., dN/dh>0. Tuo pačiu metu R<0 и траектория радиоволны обращена выпуклостью вниз - радиоволна удаляется от поверхности Земли.

Jei keičiantis aukščiui N išlieka pastovus, tada lūžio nėra.

Praktikoje dažniausiai pasitaiko atvejų, kai didėjant aukščiui N mažėja, t.y. dN/dh<0. Траектория радио­волны в этом случае обращена выпукло­стью вверх, наблюдается положительная рефракция. Положительная рефракция под­разделяется на sumažintas(radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys yra didesnis nei esant normaliai refrakcijai), normalus, padidėjo(radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys yra mažesnis nei esant normaliai refrakcijai), kritiškas(radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys lygus Žemės rutulio spinduliui) ir superrefrakcija(radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys yra mažesnis už Žemės rutulio spindulį).

Ryžiai. 3.2. Radijo bangų lūžio tipai troposferoje:

1 - neigiama refrakcija; 2 – teigiama refrakcija; 3 – kritinė refrakcija; 4 - superrefrakcija

Esant superrefrakcijai, radijo bangos, skleidžiamos mažu aukščio kampu, patiria visišką vidinį atspindį apatiniuose troposferos sluoksniuose ir grįžta į Žemės paviršių. Paeiliui atsispindint nuo žemės paviršiaus, radijo bangos gali sklisti dideliais atstumais už „regėjimo linijos“.

3.4. Radijo bangų sugertis troposferoje

Ilgos, vidutinės ir trumpos radijo bangos nėra absorbuojamos troposferoje.

Trumpesnėms nei 10 cm bangoms radijo dažnio energijos slopinimas troposferoje pradeda pastebimai didėti. Tai sukelia absorbcija ir sklaida lašelinių darinių ar hidrometeorų (daugiausia lyjant, rūke; mažiau veikia kruša, sniegas), taip pat kietųjų dalelių (dulkių, dūmų ir kt.) dėka. Absorbciją sukelia šilumos nuostoliai vandenyje arba dulkių dalelėse, o sklaidos nuostoliai atsiranda dėl energijos persiskirstymo erdvėje.

Jei banga sklinda troposfera, kelias r ir atstumas patenka į kritulių zoną, tada lauko stiprumas už kritulių zonos Em oc nustatomas pagal formulę:

čia Em – lauko stipris laisvoje erdvėje atstumu r nuo emiterio (1.1);

Гoc - slopinimo koeficientas, dB/m.

Slopinimo koeficiento Гoc priklausomybė nuo bangos ilgio sklindant centimetrinėms ir milimetrinėms bangoms lietaus ir rūko metu parodyta (3.3 pav.).

Sentimetrines radijo bangas išsklaido lietaus lašai ir rūkas, todėl atsiranda atspindžių radaro signalai. Atsispindėję lietaus ir debesų signalai radarų stočių ekranuose užima nemažą plotą, o tai trukdo normaliam šių stočių darbui. Norėdami susilpninti lietaus atspindžius, radarų stotys naudoja radijo bangas su apskrita poliarizacija.

Ryžiai. 3.4. Deguonies ir vandens garų sugerties koeficiento priklausomybė nuo bangos ilgio

Trumpesnės nei 3 cm radijo bangos taip pat patiria molekulinę deguonies ir vandens garų absorbciją, kuri stebima net „švarioje“ atmosferoje ir atsiranda dėl energijos sąnaudų atomams sužadinti. Silpimo koeficientą galima nustatyti naudojant grafikus (3.4 pav.), o lauko stiprumą Em atstumu galima apskaičiuoti pagal formulę:

Intensyviausia sugertis stebima esant 0,25 bangoms; 0,5; 1,35 cm - šios bangos netinkamos darbui. Atmosferos „skaidrumo langai“ yra šalia 0,4 ir 0,8 cm ilgio bangų – šias bangas rekomenduojama naudoti centimetrų diapazone.

3.5. Klausimai savityrai

1. Paaiškinkite troposferos sudėties ir sandaros ypatumus.

2. Kas yra normali troposfera?

3. Kaip troposferos laidumas yra susijęs su meteorologinėmis sąlygomis?

4. Kokie yra nedideli troposferos nelygumai.

5. Kaip paaiškinti refrakcijos reiškinio buvimą troposferoje.

6. Kaip bangos trajektorijos kreivio spindulys priklauso nuo laidumo?

7. Kodėl įvesta lygiaverčio žemės spindulio samprata?

8. Kokios sąlygos būtinos radijo bangų superrefrakcijai atsirasti?

9. Kokie refrakcijos tipai egzistuoja? Paaiškinkite kiekvieno tipo ypatybes.

10. Dėl kokių veiksnių yra radijo bangų sugertis troposferoje?

11. Kas yra atmosferos „skaidrumo langas“?

4. IONOSFERA IR JOS POVEIKIS RADIJO BANGŲ SKLIIMUI

4.1. Dujų jonizacija ir rekombinacija jonosferoje

Jonosfera – 60–10 000 km aukštyje esanti atmosferos sritis, kurioje dujos iš dalies arba visiškai jonizuotos, t.y. yra daug laisvųjų elektronų. Laisvųjų elektronų buvimas viršutiniuose atmosferos sluoksniuose lemia jonizuotų dujų elektrinius parametrus – jų dielektrinę konstantą ir laidumą.

Elektronų, esančių oro tūrio vienete, skaičius vadinamas elektronų tankis ().

Jonosferos elektronų ir jonų tankiai nėra pastovaus aukščio, todėl jonosferoje lūžta ir atsispindi radijo bangos.

Jonizuotų dujų tūrinis nehomogeniškumas sukelia radijo bangų sklaidą. Šie reiškiniai lemia radijo bangų sklidimo jonosferoje sąlygas ir vienais atvejais gali būti panaudoti, o kitais į juos būtina atsižvelgti eksploatuojant radijo ryšius. Šiuo atžvilgiu tapo būtina ištirti jonosferos struktūrą ir reguliarius bei atsitiktinius jos pokyčius.

Visa jonosfera yra beveik neutrali, ty teigiamų ir neigiamų krūvių skaičius joje yra lygus. Dujų sudėtis šiame atmosferos regione skiriasi nuo dujų, esančių šalia Žemės paviršiaus, sudėties: be molekulinio deguonies ir azoto, yra ir šių medžiagų atomų, o dujos nesimaišo ir išsidėsčiusios. sluoksnius pagal jų molekulinę masę.

Dujų temperatūra, pradedant nuo aukščio h = 80 km, palaipsniui didėja, pasiekdama 2000-3000 K, kai h = 500 600 km. Temperatūros padidėjimas kartu su aukščiu jonosferoje paaiškinamas tuo, kad oras čia šildomas tiesiogiai saulės spinduliuotės dėka.

Pagrindinis žemės atmosferos jonizacijos šaltinis yra saulės spinduliuotės elektromagnetinės bangos, kurių ilgis mažesnis nei 0,1 mikrono – apatinė ultravioletinių spindulių diapazono dalis ir minkštieji rentgeno spinduliai, taip pat Saulės skleidžiami įkrautų dalelių srautai. Ultravioletiniai ir rentgeno spinduliai jonizaciją sukelia tik apšviestoje Žemės rutulio dalyje, o intensyviau – pusiaujo regionuose. Įkrautos dalelės juda spiralės linijomis magnetinio lauko linijų kryptimi į Žemės rutulio magnetinius polius ir jonizuoja daugiausia poliariniuose regionuose. Manoma, kad dalelių srauto jonizuojantis poveikis yra ne didesnis kaip 50% saulės ultravioletinės spinduliuotės jonizuojančio poveikio.

Be Saulės, jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinis yra žvaigždės, ypač tos, kurių temperatūra yra aukšta (apie 20 000 ° C) ir sukuria intensyvią ultravioletinę spinduliuotę. Tačiau dėl didelio žvaigždžių atstumo jų spinduliuotės jonizuojantis poveikis yra maždaug 0,001 dalis Saulės jonizuojančio poveikio. Jonizaciją sukuria ir meteorai, besiveržiantys į žemės atmosferą 11-73 km/s greičiu. Meteorai ne tik didina vidutinį jonizacijos lygį, bet ir sukuria vietinę jonizaciją: už meteorito susidaro jonizuotų dujų kolonėlė, kuri greitai plečiasi ir išsisklaido, atmosferoje egzistuoja nuo vienos iki kelių sekundžių. Tokie jonizuotų meteorų takai susidaro 80-120 km aukštyje virš žemės paviršiaus.

Tuo pačiu metu, kai jonosferoje atsiranda naujų elektronų, dalis esamų elektronų išnyksta, prisijungdami prie teigiamų ir neutralių molekulių. Tokiu atveju susidaro neutralios molekulės ir neigiami jonai.

Įkrautų dalelių susijungimo ir neutralių molekulių susidarymo procesas vadinamas rekombinacija.

Nutraukus jonizacijos šaltinį, elektronų tankis mažėja pagal hiperbolinį dėsnį. Todėl saulėlydžiui jonizacija apatiniuose jonosferos sluoksniuose neišnyksta akimirksniu, o viršutiniuose sluoksniuose ji išlieka visą naktį.

4.2. Jonosferos sandara

Bendras elektronų tankio pasiskirstymo pagal aukštį h virš žemės paviršiaus paveikslas parodytas (4.1 pav.). 250-400 km aukštyje yra pagrindinis jonizacijos maksimumas. Paprastai vadinama jonosferos sritis, esanti žemiau pagrindinio jonizacijos maksimumo vidinė jonosfera, o jonosferos sritis virš pagrindinio maksimumo - išorinė jonosfera. Labiausiai ištirta vidinė jonosfera.
Vidinėje jonosferoje yra keletas neaiškiai išreikštų elektronų koncentracijos maksimumų, sąlygiškai vadinamų sluoksniais (sritimis), kurie dažniausiai žymimi simboliais D, E, F1 ir F2. Jonosferos sritys D, E ir F1 turi gana didelę pastovumą, kuri pasireiškia tuo, kad kasdienis elektronų tankio kitimas ir jų išsidėstymo aukštis beveik nesikeičia. Prasidėjus tamsai D ir F1 regionai išnyksta dėl greitos rekombinacijos. Tuo pačiu metu E srities elektronų koncentracija išlieka pastovi visą naktį.

F2 srityje elektronų koncentracija ir maksimalios vietos aukštis kiekvieną dieną labai kinta. Tuo pačiu metu jonizacija skiriasi vasarą ir žiemą. Žiemą (šiauriniame pusrutulyje) elektronų koncentracija šiame regione didėja. Kasdienis elektronų tankio kitimas F2 srityje taip pat priklauso nuo geomagnetinės platumos (atstumo lanko laipsniais nuo Žemės magnetinio pusiaujo iki stebėjimo taško).

Jonosfera taip pat yra nehomogeniška horizontalia kryptimi. Didžiausi horizontalūs elektronų tankio gradientai stebimi saulėlydžio ir saulėtekio metu, tačiau jie yra daug mažesni nei vertikalūs gradientai.

Kartu su laikomomis taisyklingomis jonosferos sritimis, kartais 95-125 km aukštyje, susidaro vadinamasis sporadinis sluoksnis E (sluoksnis), kuriame elektronų koncentracija kelis kartus didesnė už E srities koncentraciją. Sluoksnis vidutinėse platumose vasaros mėnesiais dažniau susidaro dienos metu. Poliariniuose regionuose sluoksnis atsiranda daugiausia naktį.

Kadangi saulės spinduliuotė yra pagrindinis Žemės atmosferos jonizacijos šaltinis, tai priklauso nuo Saulės aktyvumo
ir jonizacijos procesas. Pastebima, kad Saulės aktyvumas kinta 11 metų dažniu. Saulės aktyvumo kriterijus yra santykinis saulės dėmių skaičius, apibūdinantis aukščiausią temperatūrą turinčios Saulės paviršiaus plotą. Šiuo metu yra sukurti metodai, leidžiantys numatyti saulės dėmių skaičių daugeliui metų į priekį ir tiksliau ateinantiems metams. Numatyti saulės dėmių skaičių svarbu dėl to, kad jonosferos elektronų tankis koreliuoja su vidutiniais mėnesio saulės dėmių skaičiais. Didžiausias elektronų tankis, pereinant nuo saulės aktyvumo minimumo iki maksimumo, padidėja 1,4-3 kartus.

Taisyklinga sluoksniuota jonosferos struktūra karts nuo karto sutrinka, o šiuos sutrikimus sukelia Saulės aktyvumo pokytis, kuris ypač dažnai stebimas didžiausio Saulės aktyvumo metais. Kartkartėmis Saulėje atsirandantys blyksniai yra įkrautų dalelių srautų, patenkančių į Žemės atmosferą ir sutrikdančių įprastą jonosferos jonizacijos režimą, išsiveržimo priežastis. Jonosferos struktūra taip pat sutrinka dėl procesų, vykstančių Žemės plutoje ir apatiniuose atmosferos sluoksniuose, pavyzdžiui, ugnikalnių išsiveržimų metu.

Ryžiai. 4.1. Elektroninis platinimas

tankis virš atmosferos aukščio

Jonizacijos pasikeitimą lydi Žemės magnetinio lauko pasikeitimas ir šis reiškinys vadinamas jonosferinis – magnetinis audros. Jonosferinės-magnetinės audros metu elektronų tankis mažėja F sluoksnio srityje.Tokio tipo pažeidimai gali trukti nuo kelių valandų iki dviejų parų ir dažniausiai pasitaiko poliariniuose regionuose.

Kartkartėmis Saulėje įvyksta intensyvių ultravioletinių spindulių blyksniai, dėl kurių padidėja apatinės jonosferos jonizacija D sluoksnyje.Šis reiškinys gali trukti nuo kelių minučių iki kelių valandų ir pasireiškia tik apšviestoje Žemės rutulio pusėje.

Tyrimai parodė, kad be reguliarių ir netaisyklingų vidutinių elektronų tankio verčių pokyčių jonosferoje, yra nuolatinių elektronų tankio svyravimų. Jonosferoje nuolat vyksta kondensacijos ir jonizacijos tankio retėjimas, nereguliarus tiek laike, tiek nuo taško iki taško. Be to, veikiant vėjams, juda visa nehomogeniška jonosferos struktūra. Priežastys, dėl kurių susidaro nehomogeniškumas jonosferoje, yra turbulentinis oro judėjimas ir jonizacijos nehomogeniškumas.

Heterogeniškumas yra kai kurios sritys, kurių elektronų tankis skiriasi nuo vidutinės elektronų tankio vertės tam tikrame jonosferos aukštyje. Nehomogeniškumo matmenys 60-80 km aukštyje D sluoksnyje siekia keliasdešimt metrų, E sluoksnio aukštyje - 200-300 m, o F sluoksnyje netolygumų dydis siekia kelis kilometrus. , ir jie yra pailgos formos ir yra pailgi pagal pastovaus magnetinio lauko jėgos linijas .

Nehomogeniškumo elektronų tankio nuokrypis nuo vidutinės elektronų tankio reikšmės tam tikrame aukštyje yra (0,1 - 1)%; chaotiško judėjimo greitis 1-2 m/s.

4.3. Jonizuotų dujų (plazmos) dielektrinis laidumas ir laidumas

Santykinis jonizuotų dujų laidumas skiriasi nuo vieneto dėl to, kad veikiant perduodamos bangos elektriniam laukui, elektronai gauna poslinkį pusiausvyros padėties atžvilgiu ir dujos yra poliarizuotos. Be elektronų, jonosferoje yra jonų ir neutralių molekulių, kurios atlieka atsitiktinį šiluminį judėjimą. Susidūrę su sunkiosiomis dalelėmis, elektronai joms perduoda energiją, gautą iš elektromagnetinės bangos. Susidūrimų metu ši energija paverčiama sunkiųjų dalelių šiluminio judėjimo energija, dėl kurios jonizuotose dujose sugeriamos radijo bangos.

Jonizuotų dujų laidumas ir savitasis laidumas nustatomi išraiškomis

kur elektrono masė (9,109 10 -31 kg); e - elektronų krūvis (1,60 10 -19 C); - elektrono susidūrimų su sunkiosiomis dalelėmis skaičius, įvykęs per 1 s, nustatomas pagal dalelių šiluminį judėjimą; Ne - elektronų tankis, cm -3.

Aukštiems dažniams, kai 2 >> 2, 2 reikšmės galima nepaisyti, palyginti su 2. Tada c išraiškos, atsižvelgiant į skaitinių reikšmių e pakeitimą jose, gali būti parašytos:

Naudojant elektromagnetinių bangų dažnį (kHz), e formulę patogu parašyti tokia forma:

Tai yra pagrindinė skaičiavimo formulė, skirta nustatyti santykinis jonizuotų dujų laidumas. Akivaizdu, kad esant dideliam elektronų tankiui, dujų laidumas gali būti lygus nuliui.

dažnis, kai tenkinama sąlyga e = 0,

paskambino natūralus jonizuotų dujų dažnis arba Langmuir dažnis ir yra jonizuotų dujų parametras, patogus įvertinti radijo bangų sklidimo sąlygas.

Išraišką (4.3) galima perrašyti skirtingai, naudojant jonizuotų dujų natūralaus dažnio sąvoką:

At< относительная диэлектриче­ская проницаемость e оказывается меньше нуля. Это значит, что коэффициент прелом­ления является мнимой величиной. В такой среде электромагнитные колебания не распространяются и быстро затухают.

4.4. Radijo bangų sklidimo greitis jonizuotoje

dujos (plazma)

Jonizuotų dujų dielektrinė konstanta yra mažesnė už vienetą ir priklauso nuo virpesių dažnio, todėl radijo bangų sklidimo greitis jonizuotose dujose priklauso nuo veikimo dažnio. Aplinkos, kuriose radijo bangų sklidimo greitis priklauso nuo dažnio, vadinamos išsklaidyti. Dispersinėse terpėse išskiriami faziniai ir grupiniai radijo bangų sklidimo greičiai. Bangos fronto greitis vadinamas faziniu greičiu. Fazinis greitis terpėms, savo savybėmis artėjančioms prie dielektriko, nustatomas pagal (2.6). Todėl jonizuotoms dujoms, neatsižvelgiant į nuostolius, pagal (4.5) išraišką

(4.6)

Bangos fazinis greitis jonizuotose dujose yra didesnis nei šviesos greitis laisvoje erdvėje. Tačiau signalo sklidimo greitis negali būti didesnis už šviesos greitį laisvoje erdvėje. Ribinės trukmės signalai, kuriuose yra keli pilni virpesių periodai (bangų grupė), sklinda grupiniu greičiu. Harmoniniai signalo komponentai dispersinėje terpėje sklinda skirtingais fazių greičiais, o tai lemia signalo iškraipymą.

Pagal grupės greitis suprasti signalo gaubtinės maksimumo sklidimo greitį. Grupės greitis yra susietas su fazės greičiu jonizuotų dujų ryšiu

Darbiniam dažniui priartėjus prie jonizuotų dujų natūralaus dažnio (à), grupės greitis mažėja (à0), o fazės greitis smarkiai padidėja ().

4.5. Radijo bangų sugertis jonizuotose dujose (plazmoje)

Radijo bangų slopinimo koeficientas jonizuotose dujose nustatomas pagal (2.2), į jį pakeičiant reikšmes e iš (4.1) ir g iš (4.2).

Radijo bangų sugertis yra susijusi su elektronų susidūrimais su molekulėmis ir jonais bei elektromagnetinės energijos perėjimu į sunkiųjų dalelių judėjimo šiluminę energiją. Šiame procese svarbus santykis tarp elektromagnetinių virpesių periodo (T=1/) ir vidutinio laiko tarp dviejų elektrono susidūrimų su molekulėmis ar jonais. Esant žemiems dažniams ties T> elektromagnetinės bangos energija iš elektrono į sunkiąją dalelę perduodama mažomis dalimis, esant T< соударения происходят редко в масштабе периода радиоволны. В том и другом случаях поглощение мало. При T на­ступает явление резонанса между частотой колебаний электрона под действием электромагнитного поля и тепловым движением частиц, причем поглощение существенно возрастает. Поэтому частотная зависимость коэффициента поглощения описывается кривой (рис. 4.2), имеющей максимум в области частоты, близкой к величине, т. е. наблюдается явление резонанса. В нижних слоях ионосферы 10 7 1/с и условие = / выполняется для волн длиной около 200 м. Поэтому в диапазоне коротких волн происходит уменьшение поглощения с повышением частоты, а в диапазоне волн длиннее 200 м поглощение увеличивается с повышением частоты.

Ryžiai. 4.3. Radijo bangų atspindžio iš jonosferos schema

4.6. Radijo bangų lūžis ir atspindys jonosferoje

Nuo maždaug 60 km aukščio atmosferoje atsiranda pastebimas elektronų tankis. Be to, jonosferos elektronų tankis kinta priklausomai nuo aukščio virš žemės paviršiaus, todėl jonosferos elektrinės savybės nėra vienodo aukščio.

Kai radijo banga sklinda nehomogeninėje terpėje, jos trajektorija yra išlenkta. Esant pakankamai dideliam elektronų tankiui, bangos trajektorijos kreivumas gali būti toks stiprus, kad banga grįžta į Žemės paviršių tam tikru atstumu nuo spinduliavimo vietos, t.y. radijo banga atsispindi jonosferoje.

Iš Žemės paviršiaus į jonosferą siunčiamos radijo bangos atsispindi ne ties oro jonizuotų dujų riba, o jonizuotų dujų storyje. Atspindėjimas gali atsirasti tik toje jonosferos srityje, kur laidumas mažėja didėjant aukščiui, taigi, didėjant aukščiui, didėja ir elektronų tankis, t.y. mažesnis už maksimalų jonosferos sluoksnio elektronų tankį.

Atspindžio sąlyga bangos kritimo kampą su apatine jonosferos riba sieja su pačios jonosferos storio skvarbumu e n bangų atsispindėjimo aukštyje (4.3 pav.):

Kuo didesnė N e reikšmė, tuo mažesni galimi atspindžio kampai. Kampas, kuriuo vis dar įmanomas atspindys tam tikromis sąlygomis, vadinamas kritinis kampas.

Iš (4.8) išraiškos galima nustatyti veikimo dažnį, kuriuo bangos atsispindi iš jonosferos, esant tam tikram elektronų tankiui ir kritimo kampui:

Jei banga paprastai patenka į jonosferą, tada

Esant normaliam bangos kritimui, atspindys atsiranda aukštyje, kur veikimo dažnis yra lygus natūraliam jonizuotų dujų dažniui, todėl e=0. Esant įstrižai, aukštesnio dažnio radijo bangos gali atsispindėti šiame aukštyje. Taip vadinamas sekanto dėsnis, kuris susideda iš to, kad įstrižo kritimo metu banga atsispindi dažniu, kuris yra sek. kartų didesnis nei bangos, atsispindėjusios vertikaliai krentant bangai ant tam tikro elektronų tankio sluoksnio, dažnis:

Kuo didesnis elektronų tankis, tuo didesnių dažnių atspindžio sąlyga yra tenkinama.

Didžiausias dažnis, kuriuo banga atsispindi vertikaliai krentant į jonosferos sluoksnį, vadinamas kritiškas

dažnis; atspindys atsiranda šalia sluoksnio jonizacijos maksimumo:

Žemės sferiškumas riboja didžiausią kampą q (4.3 pav.)

ir, atitinkamai, didžiausi radijo bangų dažniai, kurie gali atsispindėti iš jonosferos esant tam tikram elektronų tankiui.

4.7. Nuolatinio magnetinio lauko įtaka jonizuotų dujų (plazmos) elektriniams parametrams

Jonizuotos jonosferos dujos yra pastoviame magnetiniame lauke, kurio stipris =40 A/m.

Esant pastoviam magnetiniam laukui, keičiasi elektronų judėjimo sąlygos, dėl to kinta ir jonizuotų dujų elektriniai parametrai.

Jonizuotų dujų dielektrinė konstanta išilginio sklidimo atveju, kai banga sklinda pastovaus magnetinio lauko jėgos linijų kryptimi, neatsižvelgiant į nuostolius (= 0), nustatoma pagal formulę

Tiesiškai poliarizuota banga skyla į dvi komponentes, poliarizuotas apskritime ir sklindančias skirtingais greičiais, kurioms (4.13) būdingi skirtingi ženklai.

Radijo bangoms sklindant išilgai, poliarizacijos plokštuma sukasi - vektorius sukasi plokštumoje, statmenoje bangos sklidimo krypčiai kampu

(4.14)

kur r – bangos nueitas kelias jonosferoje.

Šis reiškinys vadinamas Faradėjaus efektas.

Kitame skersinio sklidimo atvejis, kai bangos sklidimo kryptis yra statmena pastovaus magnetinio lauko jėgos linijų krypčiai, banga skyla į įprastus ir nepaprastus komponentus.

Dėl įprastas komponentas

o sklidimas vyksta taip pat kaip ir nesant pastovaus magnetinio lauko.

Dėl nepaprastas komponentas

Įveikus tam tikrą atstumą jonosferoje, esant pastoviam magnetiniam laukui, didžioji bangos poliarizacijos elipsės ašis sukasi kampu, nustatytu pagal (4.14). Įprasti ir nepaprasti komponentai atsispindi skirtinguose jonosferos aukščiuose. Norint atspindėti nepaprastą komponentą, reikalingas mažesnis elektronų tankis. Ypatingojo komponento kritinis dažnis yra didesnis nei įprasto:

kuri naudojama radijo ryšio praktikoje.

Eksperimentiniai jonosferos tyrimai pirmiausia atliekami radijo metodų pagalba, ty tiriant radijo bangų prasiskverbimo ir atspindėjimo jonosferoje sąlygas.

4.8. Klausimai savityrai

1. Nurodykite dujų jonizacijos šaltinius jonosferoje. Kuris šaltinis yra pagrindinis?

2. Koks procesas vadinamas rekombinacija?

3. Paaiškinkite jonosferos struktūrinius ypatumus.

4. Užrašykite jonizuotų dujų dielektrinės konstantos nustatymo išraišką, paaiškinkite.

5. Kodėl elektronai turi daug didesnę įtaką radijo bangų sklidimui nei jonai?

6. Kaip kinta jonizuotų dujų laidumas, jei elektronų tankis padvigubėja?

7. Koks dažnis vadinamas natūraliu jonizuotų dujų dažniu?

8. Ar įmanomas banginis procesas terpėje, kurios santykinis laidumas yra mažesnis už nulį?

9. Kokios terpės vadinamos dispersinėmis?

10. Parodykite, kad jonizuotos dujos yra dispersinė terpė.

11. Kokia yra radijo bangų sugerties koeficiento priklausomybės nuo dažnio grafiko forma jonosferoje?

12. Nurodykite radijo bangų lūžio ir atspindžio jonosferoje ypatybes.

13. Banga nukeliavo tam tikrą atstumą jonizuotose dujose pastovaus magnetinio lauko jėgos linijų kryptimi. Kokie pokyčiai įvyko bangų lauko struktūroje?

14. Kokie elektrinio lauko komponentai gali egzistuoti jonizuotose dujose, jei bangos sklidimo kryptis yra normali pastovaus magnetinio lauko jėgos linijų krypčiai?

5. RADIJO BANGŲ SKLINIMO SKIRTINGOSE JUOSTOSe

5.1 Superilgųjų ir ilgųjų bangų sklidimo ypatumai

Itin ilgų bangų (VLW) diapazonas apima bangas, kurių ilgis yra

nuo 10 000 iki 100 000 m (= 30 3 kHz), o iki ilgųjų bangų (LW) – nuo ​​1000 iki 10 000 m (= 300 30 kHz).

LW ir DW diapazonų laidumo srovės žymiai viršija visų tipų žemės paviršiaus poslinkio sroves. Todėl sklindant paviršinei bangai tik nežymiai jos energija prasiskverbia į Žemės gelmes. Žemės sferiškumas, kuris trukdo tiesiam radijo bangų sklidimui, išlieka proporcingas bangos ilgiui iki 1000–2000 km atstumu, o tai prisideda prie gero Žemės rutulio apvalinimo ilgomis bangomis dėl difrakcijos. Dėl nereikšmingų nuostolių ir žemės paviršiaus apvalinimo DW ir LW žemės banga sklisti iki 3000 km atstumu. Šiuo atveju 500–600 km atstumu elektrinio lauko stiprumą galima nustatyti pagal (2,15), o dideliems atstumams skaičiavimas atliekamas pagal difrakcijos dėsnius.

Pradedant nuo 300–400 km atstumo, be antžeminės bangos, atsispindi ir nuo jonosferos atsispindinti banga. Didėjant atstumui, didėja nuo jonosferos atsispindinčios bangos elektrinio lauko stipris, o 700–1000 km atstumu žemės ir jonosferos bangų laukai apytiksliai susilygina. Šių dviejų bangų superpozicija suteikia lauko interferencijos modelį.

Didesniu nei 3000 km atstumu DW ir LWW sklinda tik jonosferos banga. Ilgoms bangoms atspindėti pakanka mažo elektronų tankio, kad dieną šios bangos galėtų atsispindėti apatinėje D sluoksnio riboje, o naktį – ties apatine E sluoksnio riba. DW jonosfera yra gana reikšminga (bet tūkstančius kartų mažesnė už sauso žemės paviršiaus laidumą), o laidumo srovės yra tokios pat kaip ir poslinkio srovės. Vadinasi, apatinė jonosferos sritis DW turi puslaidininkio savybes.

DW ir ypač LWW D ir E sluoksnių elektronų tankis staigiai keičiasi per visą bangos ilgį. Todėl atspindys čia vyksta kaip oro ir puslaidininkio sąsajoje, be radijo bangos prasiskverbimo į jonizuotų dujų storį. Tai yra silpnos DW ir LWW absorbcijos jonosferoje priežastis.

Atstumas nuo žemės paviršiaus iki apatinės jonosferos ribos yra 60-100 km, ty tokio pat laipsnio kaip bangos ilgis (LW ir LW), todėl bangos sklinda tarp dviejų glaudžiai išdėstytų pusiau laidžių koncentrinių sferų, viena iš kurių yra Žemė, o kita – jonosfera. Sklidimo sąlygos šiuo atveju yra maždaug tokios pačios kaip ir dielektriniame bangolaidyje (5.1 pav.).

Kaip ir bet kuris bangolaidis, galima pastebėti optimalios bangos yra bangos, sklindančios su mažiausiais slopinimu, ir kritinė banga. Žemės ir jonosferos suformuotam bangolaidžiui optimalios yra 25–35 km ilgio bangos, o kritinė – 100 km ilgio banga. Kaip ir radijo bangų sklidimo įprastuose bangolaidžiuose dėsniai, sferiniame jonosferiniame bangolaidyje radijo bangų fazinis greitis viršija šviesos greitį laisvoje erdvėje. Esant dažniams, viršijantiems 10 kHz, skirtumas tarp fazės greičio ir šviesos greičio yra mažas, maždaug () - 1 = (1 5) 10 -3 . Tačiau fazės greitis keičiasi atsižvelgiant į atstumą nuo siųstuvo. Be to, tai priklauso nuo elektronų tankio ir elektronų susidūrimų su molekulėmis skaičiaus toje jonosferos srityje, kurioje atsispindi radijo bangos. Tai lemia bangos fazės nestabilumą, daugiausia ryto ir vakaro valandomis, kai keičiasi ilgųjų bangų atspindžio aukštis, į kurį reikia atsižvelgti eksploatuojant ilgųjų bangų radijo navigacijos sistemas. Elektrinio lauko stiprio Em (mV/m) DW ir LW apskaičiavimas atliekamas pagal Ostino empirinė formulė:

čia r yra atstumas išilgai didžiojo Žemės apskritimo, km; q yra centrinis kampas, atitinkantis šį atstumą; P - siųstuvo galia, kW; l - bangos ilgis, km.

Ryžiai. 5.1. DV ir ADD in platinimas

bangolaidis Žemė – jonosfera

Ryžiai. 5.2. Artimas ir tolimas blukimas ant vidutinių bangų:

1 - žemės banga; 2 – vieną kartą iš jonosferos atsispindėjusi banga; 3 - banga atsispindi iš jonosferos du kartus

Ostino formulė taikoma atstumams iki 16 000-18 000 km virš jūros ir sausumos, o pastaruoju atveju pradedant nuo 2000-3000 km atstumų.

Ilgos ir ypač ilgos bangos mažai sugeriamos, kai patenka į sausumą ar jūrą. Taigi 20-30 km ilgio bangos gali prasiskverbti į jūrą keliasdešimties metrų gylyje (žr. 2.1 lentelę) ir todėl gali būti naudojamos ryšiui su povandeniniais laivais, taip pat požeminiam radijo ryšiui palaikyti.

Pagrindinis DW privalumas yra didesnis elektrinio lauko stiprumo stabilumas: signalo stiprumas mažai kinta per dieną ir ištisus metus ir nėra atsitiktinių pokyčių. Priėmimui reikiamą elektrinio lauko stiprumą galima pasiekti didesniu nei 20 000 km atstumu, tačiau tam reikia galingų siųstuvų ir didelių gabaritų antenų.

LW ir VLF diapazonų trūkumas yra tai, kad jų negalima naudoti norint perduoti aukštos kokybės pokalbio kalbą ar muziką, o juo labiau - vaizdus, ​​nes tam reikia plačios dažnių juostos. Šiuo metu LW ir LWW daugiausia naudojami telegrafo ryšiui dideliais atstumais, taip pat navigacijai ir perkūnijos stebėjimui.

LW ir LWB juostose atmosferinis triukšmas yra intensyviausias, jo šaltinis yra perkūnija. Žaibo išlydžio metu atsiranda galingas srovės impulsas, turintis periodinį arba slopintų virpesių pobūdį ir trunkantis

0,1 3 ms. Toks impulsas sukuria nuolatinį dažnių spektrą, kurio maksimumas yra 3-8 kHz srityje, mažėjantis aukštų dažnių srityje pagal dėsnį 1/ . Tuo atveju, kai trukdžius sukelia perkūnija, įvykusi netoli priėmimo taško (vietinė perkūnija), trukdžių lauko stiprumas mažėja atvirkščiai dažniui. Tačiau pagrindinis trukdžių šaltinis yra perkūnija, ištisus metus vykstančios Žemės rutulio pusiaujo regionuose – perkūnijos veiklos centruose. Perkūnijos veiklos centrų sukuriamų trukdžių intensyvumo priklausomybė nuo dažnio skiriasi nuo vietinių perkūnijų, nes ją taip pat lemia radijo bangų sklidimo nuo trukdžių vietos iki priėmimo taško sąlygos.

Įvairaus ilgio radijo bangos, atsirandančios žaibo išlydžio metu, sklinda panašiai kaip atitinkamo diapazono bangos. Atmosferos triukšmo lygio laikinųjų ir geografinių pokyčių kiekybinis aprašymas atliekamas statistiniais metodais, remiantis ilgalaikių matavimų duomenų apdorojimo rezultatais. Kiekvienam metų sezonui ir šešių valandų paros laiko intervalais žemėlapiai sudaromi su atmosferos triukšmo lauko stiprumo medianinių verčių izoliacijomis 1 MHz dažniu. Taip pat kaupiami duomenys apie atmosferos trukdžių lauko stiprumo momentinių verčių statistinį pasiskirstymą, pagal kurį nustatoma didelių trukdžių emisijų atsiradimo tikimybė.

5.2. Vidutinių bangų sklidimo ypatumai

Vidutinių bangų (MW) diapazonas apima radijo bangas l = 100 1000 m (= 0,34 3 MHz). CB diapazonas naudojamas radijo transliavimui, radijo navigacijai, radiotelegrafijai ir radiotelefono ryšiams; SW gali būti plinta tiek žemės, tiek jonosferos bangomis.

Žemės bangų elektrinio lauko stipris mažiems atstumams nustatomas pagal (2.15), o dideliems – pagal difrakcijos dėsnius. SW patiria didelę absorbciją puslaidininkiniame Žemės paviršiuje, todėl antžeminės bangos sklidimo diapazonas yra ribojamas iki 1000 km atstumu. Taip pat reikia atsižvelgti į tai, kad žemės paviršiaus nelygumai mažina efektyvų dirvožemio laidumą. Apytiksliai lygiam reljefui = (0,5 0,7) , kalvotai = (0,15 0,2) , amžinojo įšalo vietovėms.

SW dideliais atstumais sklinda tik naktį, atsispindėdami nuo jonosferos E sluoksnio, kurio elektronų tankio tam pakanka. Dienos metu PV sklidimo kelyje yra D sluoksnis, kuris itin stipriai sugeria šių bangų energiją. Todėl, esant dažniausiai naudojamoms siųstuvo galioms, elektrinio lauko stipris dideliais atstumais yra nepakankamas priėmimui, o dienos metu SW sklinda beveik vien tik žemės banga.

Sugertis SW diapazone didėja trumpėjant bangos ilgiui, o jonosferos bangos elektrinio lauko stipris yra didesnis esant ilgesniems bangos ilgiams. Absorbcija padidėja vasaros mėnesiais, o sumažėja žiemos mėnesiais. Jonosferos trikdžiai neturi įtakos SW sklidimui, nes jonosferos magnetinių audrų metu E sluoksnis yra mažai sutrikdytas.

Išblukimas ant vidutinių bangų pastebimas tik naktį, kai tam tikru atstumu nuo siųstuvo gali būti, kad į tašką B gali atvykti tiek erdvinės, tiek paviršinės bangos (5.2 pav.), o erdvinės bangos kelio ilgis kinta priklausomai nuo siųstuvo. jonosferos elektronų tankio pokytis. Šių bangų fazių skirtumo pasikeitimas sukelia elektrinio lauko stiprumo svyravimą laike, vadinamą beveik išnyks. Esant dideliam atstumui nuo siųstuvo (taško C), bangos gali patekti vienu ar dviem atspindžiais iš jonosferos. Šių dviejų bangų fazių skirtumo pasikeitimas taip pat sukelia lauko stiprumo virpesius, vadinamus toli nublanksta. Išblukimo greitis yra mažas (blukimo laikotarpis yra 1 - 2 min.).

Siekiant kovoti su blukimu radijo ryšio siųstuvo gale, naudojamos antenos su spinduliavimo modeliais, prispaustais prie žemės paviršiaus. Esant tokiam kryptingam modeliui, artimo blukimo zona tolsta nuo siųstuvo, o dideliais atstumais susilpnėja dviejų atspindžių atkeliavusios bangos laukas.

Jonosferos bangos lauko stiprumas >300 km atstumu nustatomas pagal grafikus, gautus apdorojant daugybę stebėjimų.

5.3. Trumpųjų bangų sklidimo ypatumai

Trumpas poli (KB) diapazonas apima bangas, kurių ilgis nuo 10 iki 100 m (= 30 3 MHz). KB diapazono bangos žemės banga sklinda ne didesniu kaip 100 km atstumu dėl stiprios absorbcijos žemės paviršiuje ir prastų difrakcijos sąlygų. Žemės bangos lauko stiprumas turi būti apskaičiuojamas pagal (2.15).

Jonosferos banga KB sklinda daug tūkstančių kilometrų. Tokiu atveju galima naudoti ne itin didelės galios kryptines antenas ir siųstuvus. Todėl KB daugiausia naudojami ryšiui ir transliavimui dideliais atstumais.

HF sklidimas jonosferos banga vyksta nuosekliai atsispindint nuo jonosferos F sluoksnio (kartais E sluoksnio) ir Žemės paviršiaus. Šiuo atveju bangos praeina per apatinę jonosferos sritį – E ir D sluoksnius, kuriuose vyksta absorbcija (5.3 pav., a). Kad radijo ryšys būtų vykdomas HF, turi būti įvykdytos dvi sąlygos: bangos turi atsispindėti iš jonosferos ir tam tikroje vietoje elektromagnetinio lauko stiprumas turi būti pakankamas priėmimui, ty bangos sugertis jonosferos sluoksniai neturi būti per dideli. Šios dvi sąlygos riboja naudojamų veikimo dažnių diapazoną.

Norint atspindėti bangą, būtina, kad veikimo dažnis nebūtų per didelis, o jonosferos sluoksnio elektronų tankis būtų pakankamas, kad atspindėtų šią bangą pagal (4.9). Iš šios sąlygos pasirenkamas maksimalus taikomas dažnis (MUF), kuris yra viršutinė veikimo diapazono riba.

Antroji sąlyga riboja veikimo diapazoną iš apačios: kuo mažesnis veikimo dažnis (trumpųjų bangų diapazone), tuo stipresnė bangos sugertis jonosferoje (žr. 4.2 pav.). Mažiausias naudojamas dažnis (LPF) nustatomas pagal sąlygą, kad tam tikrai siųstuvo galiai elektromagnetinio lauko stiprio turi pakakti priimti.

Jonosferos elektronų tankis kinta per dieną ir per metus. Tai reiškia, kad keičiasi ir veikimo diapazono ribos, todėl dieną reikia keisti veikimo bangos ilgį: dieną dirbama 10-25 m bangomis, o naktį 35-100 m bangomis. Būtinybė teisingai pasirinkti bangos ilgį ryšio seansams skirtingu laiku apsunkina stoties projektavimą ir operatoriaus darbą.

Tylos zona KB vadinama žiedine zona, esančia tam tikru atstumu nuo siųstuvo stoties, kurioje radijo bangų priimti neįmanoma. Tylos zonos atsiradimas paaiškinamas tuo, kad žemės banga susilpnėja ir šios srities nepasiekia (5.3 pav. taškas B, a), o jonosferos bangoms, krentant į jonosferą mažais kampais, atspindžio sąlygos ( 4.9) nesilaikoma. Tylos zonos (BC) ribos plečiasi trumpėjant bangos ilgiui ir mažėjant elektronų tankiui.

Ryžiai. 5.4. Toli žemė trumpų bangų sklaida

Išblukimas HF juostoje yra gilesnis nei MW juostoje. Pagrindinė blukimo priežastis – spindulių, sklindančių vienu ar dviem atspindžiais iš jonosferos, trukdžiai (5.3 pav., a). Be to, blukimą sukelia radijo bangų sklaida ant jonosferos nehomogeniškumo ir išsklaidytų bangų trukdžiai (5.3 pav., b), taip pat magnetiškai suskaidytos bangos įprastų ir ypatingų komponentų trukdžiai. (5.3 pav., c). Matavimų apdorojimas trumpais laiko intervalais (iki 5 min.) parodė, kad amplitudės pasiskirstymo funkcijos yra artimos Rayleigh pasiskirstymui. Per didelius stebėjimo laiko intervalus pasiskirstymas yra artimesnis log-normaliam. Siekiant kovoti su blukimu, naudojamas antenos įvairovės priėmimas.

Signalai, gauti naudojant antenos įvairovę, pridedami po aptikimo. Poliarizacijos įvairovė yra efektyvi - priėmimas ant dviejų antenų, turinčių viena kitai statmeną poliarizaciją. Taip pat naudojamos siauro spinduliavimo modelio priėmimo antenos, orientuotos priimti tik vieną iš spindulių.

Esant palankioms sklidimo sąlygoms, CV gali apkeliauti pasaulį vieną ar kelis kartus. Tada, be pagrindinio signalo, galima gauti antrą signalą, kuris vėluoja apie 0,1 s ir vadinamas radijo aidas. Radijo aidas trikdo dienovidines linijas. Trumposios bangos sklidimo metu patiria žemės sklaidą (5.4 pav.). Ne visa ant nelygaus žemės paviršiaus (1 pluošto) krentančios bangos energija atsispindi veidrodiškai, dalis jos išsibarsčiusi įvairiomis kryptimis (spindeliai 2, 3, 4, 5). Šiuo atveju dalis energijos, atsispindėjusios iš jonosferos, grįžta į radijo bangos spinduliavimo vietą (spindulys 5). Emisijos taške gali būti priimamos atgalinės išsklaidytos bangos, o tai rodo galimybę, kad tam tikro dažnio radijo bangos praeis keliu. Šis reiškinys vadinamas Kabanovo efektas, naudojamas darbiniams dažniams koreguoti: prieš perdavimo pradžią signalai su impulsų moduliacija siunčiami pasirinktu darbiniu dažniu. Pagal laiko delsą ir atgal išsklaidytų impulsų iškraipymą sprendžiama apie teisingą veikimo dažnio pasirinkimą.

Ryšio linijų KB skaičiavimas skirstomas į du etapus: didžiausių naudingųjų dažnių (MUF) ir optimalaus veikimo dažnių (ORF) paros kitimo nustatymas; elektrinio lauko stiprumo nustatymas priėmimo vietoje arba mažiausių naudingųjų dažnių (LLF) paros kitimo nustatymas.

5.4. Ultratrumpųjų bangų sklidimo paviršiaus erdvėje ypatumai

Bendrosios savybės. Ultratrumpųjų bangų (VHF) diapazonas apima radijo bangas, kurių ilgis nuo 10 m iki 1 mm (= 30 MHz Z 10 5 MHz). Apatinėje dažnio riboje VHF diapazonas yra greta HF. Šią ribą lemia tai, kad VHF radijo bangų atspindžio iš jonosferos sąlyga (4.8) paprastai negali būti įvykdyta. Viršutinėje dažnio riboje VHF ribojasi su ilgomis infraraudonųjų spindulių bangomis. VHF diapazonas yra padalintas į metro, decimetro, centimetro, milimetrinio bangų diapazonus, kurių kiekviena turi savo sklidimo charakteristikas, tačiau pagrindinės nuostatos būdingos visam VHF diapazonui. Paplitimo sąlygos priklauso nuo ryšio linijos ilgio ir maršruto specifikos.

Dėl savo trumpo ilgio VHF prastai difrakcija aplink sferinį Žemės paviršių ir didelių žemės paviršiaus nelygumų ar kitų kliūčių. Antenos paprastai būna dideliame aukštyje virš Žemės paviršiaus, nes, pirma, didėja regėjimo linijos atstumas (žr. (2.11), (3.5)) ir, antra, vietinių objektų, esančių šalia antenos, ekranavimo efektas. mažėja. Šiuo atveju paprastai tenkinama sąlyga, kai antenos aukštis yra daug didesnis už bangos ilgį, o lauko stiprumą galima apskaičiuoti naudojant trukdžių formules (2.12), (2.13). Jei ši sąlyga neįvykdoma (nešiojami arba automobiliniai stotys, veikiančios skaitiklių bangomis), skaičiavimas atliekamas pagal (2.15).

VHF diapazone žemės paviršius gali būti laikomas idealiu dielektriku, o į žemės paviršiaus laidžiąsias savybes reikėtų atsižvelgti tik tada, kai jūros paviršiumi sklinda metro bangos. Todėl dirvožemio laidžiųjų savybių pasikeitimas (jo drėgmės kiekio pokytis) praktiškai neturi įtakos ultratrumpųjų bangų sklidimui. Bet pagal (2.9) net ir nedideli žemės paviršiaus nelygumai reikšmingai pakeičia VHF atspindžio nuo žemės paviršiaus sąlygas.

VHF pasiskirstymas matomumo zonoje. Atspindys nuo žemės paviršiaus. Atstumais, daug mažesniais už regėjimo linijos ribą (3,5), galima nepaisyti Žemės sferiškumo įtakos ir radijo bangų lūžio įtakos troposferoje. Būdingi VHF sklidimo bruožai šiuo atveju yra didelis signalo lygio stabilumas ir nekintamumas laikui bėgant naudojant stacionarų siųstuvą ir imtuvą. Lauko stiprumas gali būti apskaičiuojamas pagal Vvedenskio formulę (2.14), jei tenkinamos šios formulės taikymo sąlygos.

Radijo jungtyje Žemė - orlaivis arba orlaivio radiolokacinio stebėjimo metu signalas svyruoja dėl stebėjimo kampo pasikeitimo orlaiviui judant ir sistemos skleidėjo - Žemės spinduliavimo modelio netolygumo (žr. 2.8 pav. ).

Atstumais per 0,2< <0,8 , необходимо учитывать влияние сферичности Земли. Одновременно следует учитывать влияние рефракции, используя принцип эквивалентного радиуса Земли (см.(3.4)). При таких расстояниях на распространение УКВ влия­ют и метеорологические условия. С измене­нием коэффициента преломления тропосфе­ры меняется кривизна траектории волны, причем для прямого и отраженного от зем­ной поверхности лучей эти изменения могут оказаться различными. В результате изменя­ется разность фаз между прямым и отра­женным лучами, а следовательно, меняется и уровень поля радиоволны, происходят за­мирания сигнала. Мешающее действие замираний уси­ливается с увеличением расстояния.

radaro atspindžiai. VHF atspindžiai nuo nelygaus žemės paviršiaus yra ypač svarbūs radarų technologijoje. Iš esmės jie yra difuzinio pobūdžio, o dalis atspindėtos energijos nukreipiama į šaltinį. Tokie atspindžiai dažniausiai vadinami trukdančiais signalais, dėl kurių sunku atpažinti naudingus radaro taikinius. Tačiau žemės paviršiaus atspindžiai naudojami Žemės paviršiaus stebėjimams iš oro, pavyzdžiui, altimetrai.

Atsitiktinės judančio radaro (pavyzdžiui, iš orlaivio) skleidžiamo ir žemės paviršiaus atspindimo signalo amplitudės vertės paklūsta Rayleigh įstatymui. Tik atsispindėjus nuo ramaus vandens ir plokščių dykumos plotų, yra pastovus komponentas, o amplitudžių pasiskirstymo dėsnis atitinka apibendrintą Rayleigh dėsnį. Signalo koreliacijos funkcija apibūdinama eksponenciniu dėsniu, o koreliacijos skalė priklauso ir nuo nelygumų aukščio, ir nuo šaltinio greičio.

VHF sklidimas nelygioje vietovėje ir miestuose. Paprastai VHF ryšio linijoje yra didelių arba mažų nelygumų, turinčių įtakos radijo bangų sklidimui. Paprastai į šį poveikį negalima atsižvelgti. Norint apskaičiuoti elektrinio lauko stiprumą kiekvienu konkrečiu atveju, reikia sudaryti kelio profilį ir, atsižvelgiant į šio profilio pobūdį, atlikti skaičiavimą vienu ar kitu būdu. Panagrinėkime keletą sekimo profilių pavyzdžių.

Trasa einanti per mažas švelnias kalveles. (5.5 pav., a) parodytas kelio profilis, kuriame siuntimo antena yra ant švelnios kalvos šlaito. Šiuo atveju į priėmimo anteną gali ateiti tiesioginis spindulys AB ir trys atspindėti pluoštai, i. Skaičiuojant elektrinio lauko stiprumą, reikėtų atsižvelgti į šių spindulių fazių skirtumą, dėl kelio skirtumo ir skirtingų atspindžio sąlygų taškuose, u. Įvertinus tokį vaizdą, galima gauti lauko stiprumo apskaičiavimo išraišką, panašią į trukdžių formules, bet sudėtingesnę. 5.5b paveiksle pavaizduotas profilis su kalva tako viduryje. Paprasčiausiu atveju tik vienas spindulys ateina į tašką B ir atsispindi taške C. Norint apskaičiuoti tokį kelią, patogu įvesti sąvoką sumažintas antenos aukštis h 1pr ir H 2pr ir sumažinti problemą iki gerai žinomo radijo bangų sklidimo per fiktyvią plokštumą, liečiančią Žemės paviršių atspindžio taške.

Ryžiai. 5.6. VHF sklidimas kelyje su kliūtimi, atviri ir uždari keliai ( bet); multiplikatoriaus priklausomybė

susilpnėjimas V iš parametro zb)

Ryžiai. 5.7. Maršruto schema su „sustiprinančia kliūtimi“

Takas, einantis per aukštą kalvą ar kalnų grandinę. Norint apytiksliai nustatyti lauko stiprumą kelyje su aukšta kalva ar kalnų grandine, galima naudoti elektromagnetinių bangų difrakcijos teoriją nepermatomame pleišto formos ekrane. Jei kliūtis neužstoja matymo linijos tarp antenų, tada iškviečiamas kelias atviras; kai kliūtis pakyla virš regėjimo linijos, kursas vadinamas uždaryta(5.6 pav., a).

Jei kliūtis bent iš dalies persidengia su pirmąja Frenelio zona (1.5), elektromagnetinio lauko intensyvumas kelyje pasikeičia. Naudojant labai kryptingas antenas, skleidžiamos bangos nekrenta į lygias žemės paviršiaus vietas ir lauko stiprumas už kliūties nustatomas pagal formulę Em = Em c in V, kur E m c in randama pagal (1.1).

Silpninimo koeficientas V priklauso nuo bangos ilgio ir „klirenso“ d, kuris laikomas teigiamas uždarame kelyje ir neigiamas atviram. 5.6b paveiksle parodyta slopinimo koeficiento V priklausomybė nuo parametro z:

Reiškinys, vadinamas sutvirtinimas kliūtimi. Šis reiškinys susideda iš to, kad radijo bangos elektromagnetinio lauko intensyvumas tam tikru atstumu už kliūties yra didesnis nei tuo pačiu atstumu nuo siųstuvo kelyje be kliūčių. Vienas iš būdų, kaip paaiškinti stiprinimą kliūtimi, yra tai, kad kalno viršūnė tarnauja kaip natūralus pasyvus kartotuvas (5.7 pav.). Kalno viršūnę sužadinantis laukas susideda iš dviejų bangų – tiesioginės AC ir atspindėtos ADC. Bangos difrakcuoja aštrioje kalno viršūnėje, kaip ant pleišto formos kliūties, ir sklinda į vietovę už kalno. Tokiu atveju du spinduliai NEB ir CB pateks į priėmimo antenos B vietą. Vadinasi, maršruto siųstuvo – kalnų ir kalnų – imtuvo atkarpose sklidimas yra matomumo zonoje. Nesant kliūties 100-150 km atstumu, gerokai viršijančia regėjimo linijos ribą, priėmimo vietą pasiekia tik labai silpnas laukas, dėl difrakcijos sferiniame Žemės paviršiuje ir lūžio. Skaičiavimai ir eksperimentai rodo, kad tokia kliūtis – kartotuvas gali duoti elektrinio lauko stiprumo padidėjimą 60-80 dB.

Kliūčių stiprinimo reiškinio panaudojimas yra ekonomiškai naudingas, todėl nebereikia įrengti relių stočių aukštuose kalnuose.

Kai kuriose radijo relės linijose, einančiose plokščiu reljefu, tinklelio arba laidų sistemos pavidalu yra sukonstruota dirbtinė sutvirtinanti kliūtis, kuri padidina galią ir leidžia sumažinti antenos stiebų aukštį.

VHF paskirstymas dideliame mieste.Į didelį miestą galima žiūrėti kaip į labai tvirtą vietovę. Daugybė eksperimentų parodė, kad mieste metro ir decimetrinių bangų lauko stipris yra mažesnis nei atvirose vietose, maždaug 3–5 kartus. Todėl pagal (2.14) galima apytiksliai įvertinti vidutinį lauko stiprumo lygį šiose bangose, įvedant į jį koeficientą 0,2-0,4. Centimetro bangos ilgio diapazone slopinimas dar stipresnis.

Jei tarp siunčiančios ir priimančios antenos yra tiesioginis matymas, tada skaičiavimas gali būti atliktas pagal (2.14), o antenos aukštis turėtų būti skaičiuojamas nuo vidutinio stogų lygio.

Viduje lauko struktūra yra dar sudėtingesnė ir beveik neįmanoma apskaičiuoti. Lauko stiprumo matavimai patalpų viduje parodė, kad viršutinių aukštų patalpose lauko stiprumas yra 10-40% lauko stiprumo virš stogo, o pirmame aukšte - 3-7% šios reikšmės.

VHF plitimas dideliais atstumais superrefrakcijos sąlygomis. Atstumais, viršijančiais regėjimo linijos atstumą, radijo bangų lauko stiprumas smarkiai sumažėja. Tokiais atstumais sklidimas vyksta dėl radijo bangų difrakcijos aplink sferinį Žemės paviršių, radijo bangų lūžio troposferoje ir jų sklaidos ant nehomogeniškumo troposferoje.

Staigus VHF sklidimo diapazono padidėjimas atsiranda, kai superrefrakcijų sritis užima didelius atstumus virš žemės paviršiaus. Šiuo atveju radijo banga sklinda nuosekliai keičiantis dviem reiškiniams: refrakcijai atmosferoje ir atspindžiui nuo žemės paviršiaus. Šis bangų sklidimo būdas vadinamas atmosferos bangolaidžiu. Bet tuo pat metu tik dalis bangos energijos, kuri naudojama priėmimui, atsispindi nuo atmosferos, o likusi dalis, lūžusi, išeina pro viršutinę bangolaidžio sienelę (5.8 pav.). Tam tikro aukščio atmosferos bangolaidžiui, pagal analogiją su metaliniu bangolaidžiu, yra tam tikras kritinis bangos ilgis. Ilgesnės nei kritinės bangos greitai nyksta ir neplinta. Kritinis bangos ilgis l cr (m), yra susijęs su bangolaidžio aukščiu h (m), santykis

Atmosferos bangolaidžių aukštis h in siekia keliasdešimt metrų, todėl bangolaidžio sklidimas galimas tik centimetrinėms ir decimetrinėms bangoms.

Bangolaidžio kanalo sąlygomis nuo kanalo sienelių atsispindi tik švelniausi spinduliai, o pro sienas prasiskverbia statesni spinduliai. Jei siųstuvas ir imtuvas yra bangolaidžio viduje, VHF priėmimas galimas dideliais atstumais. Priešingu atveju priėmimo diapazonas gali būti netgi mažesnis, palyginti su įprastomis refrakcijos sąlygomis.

Atmosferos bangolaidžiai atsiranda netaisyklingai, todėl neįmanoma užtikrinti stabilaus radijo ryšio dideliais atstumais, sklindant VHF bangolaidžiams. Tačiau šis reiškinys gali sukelti abipusius trukdžius stotyse, veikiančiose centimetrų bangų diapazone ir netgi atskirtose dideliais atstumais. Be to, atmosferos bangolaidžio atsiradimas gali trukdyti radiolokacinių stočių, skirtų orlaiviams aptikti, veikimui. Pavyzdžiui, virš atmosferos bangolaidžio skrendantis orlaivis gali būti neaptiktas dėl radijo bangų, atsimušančių į bangolaidžio sienelę.

VHF sklaida ant troposferos nehomogeniškumo.Troposferos nehomogeniškumas yra regionai, kuriuose laidumas skiriasi nuo vidutinės aplinkinės troposferos vertės. Veikiant perduodamos bangos laukui, kiekviename troposferos nehomogeniškume indukuojamos poliarizacijos srovės ir sukuriamas elektrinis momentas. Dėl to nehomogeniškumas veikia kaip antriniai skleidėjai. Antrinė nehomogeniškumo aibės spinduliuotė gali būti apibūdinta tam tikru spinduliavimo modeliu, kurio spinduliuotės maksimumas yra pradinio bangos judėjimo kryptimi.

Ryžiai. 5.9. Radijo ryšio diagrama, naudojant troposferos sklaidą

Šalia žemės paviršiaus susidaręs laukas yra daugelio nehomogeniškumo perspinduliuotų laukų interferencijos rezultatas. Dėl nehomogeniškumo struktūros ir vietos pokyčių laukas nuolat svyruoja ir yra atsitiktinė laiko funkcija. Signalo lygio momentinių verčių pasiskirstymo pobūdis priklauso nuo vidutinio signalo lygio. Kuo žemesnis lygis, tuo paskirstymo dėsnis artimesnis Rayleigh dėsniui. Esant dideliam signalo lygiui, momentinės jo amplitudės reikšmės pasiskirsto pagal apibendrintą Rayleigh dėsnį, kuris rodo, kad priėmimo vietoje, be greitai kintančio signalo komponento, yra ir lėtai kintantis reguliarus komponentas, gaunamas atspindint iš sluoksniuotos troposferos nehomogeniškumas.

Ryšio linijos veikimas, naudojant radijo bangų sklaidą dėl troposferos nelygumų, gali būti paaiškintas taip. Dėl perdavimo ir priėmimo antenų spinduliuotės modelių susikirtimo erdvėje, sąlyginai apribotos tiesiomis AD-AC 1 ir BD-BC (5.9 pav.), susidaro atmosferos tūris CDС 1 D 1, vadinamas sklaidos tūris. Jis dalyvauja perduodant radijo bangas iš taško A į tašką B. Norėdami padidinti elektrinio lauko stiprumą priėmimo taške, jie linkę sumažinti kampą tarp pradinio bangos judėjimo krypties ir krypties į priėmimo tašką. (kampas q 5.9 pav.).

Būdingas nagrinėjamų ryšio linijų bruožas yra siaura juosta. Didžiausias pralaidumas, kurį galima perduoti be iškraipymų, nustatomas pagal AC1 pluošto delsos laiką, palyginti su AC1B pluoštu, ty antenos modelių plotį. Praktiškai su priimtinais iškraipymais galima perduoti 1-2 MHz dažnių juostą.

Galios skaičiavimas priėmimo antenos įvestyje ryšio linijoje, naudojant troposklaidą, kurią sukūrė sovietų mokslininkai, vadovaujami B. A. Vvedensky ir M. A. Kolosovo.

Siekiant kovoti su išblukimu, priėmimas atliekamas ant atskirų (dviejų ar keturių) antenų. Šiose antenose gaunami signalai pridedami po aptikimo.

Taip pat naudojama dažnių įvairovė, kai ta pati informacija vienu metu perduodama 1 dažniu ir 2 dažniu = 1 + D , o D / = (2 5) 10 -3 . Išblukimas šiais dviem dažniais nėra koreliuojamas. Arba gaunamas stipriausias iš dviejų signalų, arba signalai pridedami po aptikimo.

Metrinių bangų sklaida ir atspindys jonosferoje. Jonizuoti sluoksniai pasižymi dideliu nehomogeniškumu. Vietinių tūrinių nehomogeniškumų buvimas jonosferoje sukelia VHF sklaidą, kuri vyksta panašiai kaip sklaida ant troposferos nehomogeniškumo.

Radijo bangų sklaida vyksta 70-90 km aukštyje, o tai riboja maksimalų radijo ryšio ilgį iki 2000-2300 km atstumu. Didžioji bangos, patenkančios į jonosferą, energijos dalis išsisklaido pradinio bangos judėjimo kryptimi. Kuo didesnis kampas tarp priimančios antenos krypties ir pradinio bangos judėjimo krypties, tuo mažesnis išsklaidyto signalo galios lygis. Todėl priėmimas galimas tik didesniu nei 800-1000 km atstumu. Išsklaidyto signalo lauko stiprumas mažėja didėjant veikimo dažniui, o ryšiui taikomos 30-60 MHz dažnio bangos. Šio tipo radijo ryšio signalai skaitiklio bangomis greitai ir giliai blunka.

Dviejų antenų priėmimas naudojamas kovai su blukimu.

Dideli radijo ryšio, naudojant jonosferinę skaitiklio bangų sklaidą, pranašumai, lyginant su ryšio linijomis HF, yra galimybė dirbti visą parą vienu darbo dažniu ir ryšio sutrikimų nebuvimas. Šios linijos užtikrina didesnį radijo telegrafo ryšio patikimumą subpoliariniuose regionuose. Tačiau norint palaikyti ryšį skaitiklių bangomis, reikia naudoti apie 10 kW galios siųstuvus ir 20-30 dB stiprinimo antenas.

5.5. Ultratrumpųjų bangų sklidimo kosminėje erdvėje ypatybės

Pagrindiniai kosminių radijo ryšių tipai. Kosmoso radijo ryšiai išsprendžia šias pagrindines užduotis:

antžeminis radijo ryšys ir transliacijų bei televizijos programų retransliavimas per kartotuvus, esančius ant dirbtinių Žemės palydovų;

Pilotuojamų erdvėlaivių radijo ryšys su Žeme ir tarpusavyje;

Erdvėlaivių skrydžio radijo stebėjimas ir skrydžio valdymas;

radiotelemetrinės informacijos (įrangos darbo režimo matavimų rezultatų, skrydžio parametrų, mokslinių stebėjimų duomenų) perdavimas iš erdvėlaivio;

kosmoso tyrinėjimas, meteorologinių ir geodezinių duomenų rinkimas.

Kosminiai radijo ryšiai taip pat apima radijo bangų sklidimą Žemės ir planetos keliais, tarp dviejų planetų, tarp dviejų planetoje esančių korespondentų.

Dirbtiniai Žemės palydovai (AES) turi trajektorijas su trimis būdingomis atkarpomis. Pradinėje, startinėje trajektorijos atkarpoje

palydovas su nešančia raketa, veikiant varikliui, juda gana tankiuose atmosferos sluoksniuose. Čia atskiriamos panaudotos raketos pakopos. Antroje trajektorijos atkarpoje palydovo greitis šiek tiek viršija pirmąjį kosminį greitį, o judėjimas aplink Žemę vyksta elipsine orbita labai išretėjusioje atmosferoje. Trečioji trajektorijos atkarpa atitinka palydovo sugrįžimą, jo patekimą į tankius atmosferos sluoksnius. Negrįžtantys palydovai neturi trečiosios trajektorijos kojos.

Radijo ryšio ypatumai pirmoje ir trečioje trajektorijos atkarpose atsiranda dėl to, kad šalia palydovo susidaro didelio elektronų tankio jonizuotų dujų sankaupa (keliomis eilėmis didesnė už jonosferos elektronų tankį). Pirmoje trajektorijos atkarpoje jonizacijos susidarymo priežastis yra įkaitusios variklio išmetamosios dujos, o trečioje atkarpoje – termodinaminis oro įkaitimas palydovui judant tankiuose atmosferos sluoksniuose (mažesniame nei 100 aukštyje) km) viršgarsiniu greičiu.

Pirmoje ir trečioje trajektorijos atkarpose atstumai nuo antžeminių stočių iki palydovo yra nedideli, o radijo bangos sklinda matymo zonoje.

Antroje sekcijoje, priklausomai nuo palydovo aukščio ir veikimo bangos ilgio, radijo ryšys galimas tiek regėjimo linijoje, tiek už jos ribų. Radijo bangų sklidimo sąlygas įtakoja troposfera ir jonizuoti Žemės atmosferos sluoksniai.

Erdvėlaivio trajektorija taip pat gali būti suskirstyta į tris dalis, o radijo ryšio sąlygos pirmoje ir trečioje palydovų ir erdvėlaivių dalyse yra vienodos. Antroje trajektorijos atkarpoje laivo greitis viršija antrąjį kosminį greitį, laivas palieka Žemės gravitacinį lauką ir juda tarpplanetinėje erdvėje. Radijo ryšio tarp erdvėlaivio ir Žemės ilgis gali siekti šimtus milijonų kilometrų.

Žemės atmosfera šiuo atveju taip pat turi įtakos radijo ryšio sąlygoms.

Jei erdvėlaivis nukreiptas į vieną iš planetų, tai erdvėlaiviui patekus į planetos atmosferą, radijo ryšio sąlygos keičiasi priklausomai nuo planetos atmosferos radiofizinių savybių.

Tarpplanetinės terpės charakteristikos. Tarpplanetinėje erdvėje elektronų tankis yra lygus protonų tankiui, o plazma kaip visuma yra beveik neutrali. Esant didesniam nei 30 km atstumu nuo Saulės, plazmos greitis gali būti laikomas pastoviu ir lygus 500 km/s. Šiais atstumais elektronų koncentracija N e cm -3, dėl dalelių srauto pastovumo vienetiniame erdvės kampe, pagal dėsnį priklauso nuo atstumo iki Saulės r (km).

150 10 6 km atstumu nuo Saulės elektronų tankis N e = 2 – 20 cm -3 . Tarpplanetinė plazma yra statistiškai nehomogeniška terpė, kurios vidutinis nelygumų dydis yra apie 200 km. Be to, yra didelio masto nelygumų, kurių matmenys (0,1 - 1) 10 6 km. Nuolatinio magnetinio lauko stipris 150 10 6 km atstumu nuo Saulės yra = 4 10 -3 A/m. Po saulės žybsnių elektronų tankis ir plazmos srauto greitis, taip pat pastovaus magnetinio lauko stiprumas padidėja kelis kartus. Eksperimentinis radijo bangų sklidimo į kosmosą tyrimas iš šaltinio, skleidžiančio baltą spektrą (Jaučio žvaigždynas) arba monochromatinius virpesius (siųstuvus, sumontuotus ant kosminių objektų), parodė, kad VHF energijos srautas abiem atvejais praktiškai nėra sugeriamas tarpplanetinio. vidutinis. Tačiau buvo nustatyta, kad tarpplanetinė terpė sukelia radijo bangų, susijusių su plazmos nehomogeniškumo judėjimu, išnykimą.

Kadangi tarpplanetinės terpės nehomogeniškumas skirtinguose tarpplanetinės ir artimos Saulės erdvės regionuose yra skirtingas, fazių svyravimai, amplitudės ir radijo bangų spektro pokyčiai priklauso nuo kelio vietos Saulės atžvilgiu.

VHF radijo ryšio ypatybės Žemė – kosmosas. Energijos praradimas. Žemė-kosmoso radijo jungtyje tarpplanetinė plazma turi silpną radijo bangų sugeriantį arba sklaidantį poveikį. Lemiamas veiksnys yra signalo susilpnėjimas dėl didelio kelio ilgio ir absorbcijos Žemės atmosferoje.

Radijo dažnių diapazonas, tinkamas radijo ryšiui su erdvėlaiviu palaikyti, ribojamas žemės atmosferą sugeriančios ir atspindinčios savybės. Ilgesnės nei 10 m radijo bangos atsispindi nuo jonosferos, todėl yra netinkamos bendrauti su už jos ribų esančiais objektais. Radijo bangų sugertis jonosferoje mažėja didėjant veikimo dažniui pagal kvadratinį dėsnį. Kai per visą jonosferos storį praeina bangos, kurių dažnis didesnis nei 100 MHz, absorbcija neviršija 0,1 dB. Sugerties pliūpsnių metu 100 MHz dažnio bangos nuostoliai padidėja iki 1 dB, o skaitiklių bangų pralaidumo sąlygos pablogėja. Viršutinė dažnių riba, taikoma kosminiam radijo ryšiui, nustatoma pagal radijo bangų sugertį troposferoje ir yra maždaug 10 GHz. Kai antžeminis korespondentas yra maždaug 5 km aukštyje, viršutinė veikimo dažnių riba gali būti padidinta iki 40 GHz.

Radijo ryšiui su palydovais, kurių trajektorija eina žemiau pagrindinio jonosferos elektronų tankio maksimumo – F2 sluoksnio, taikomos trumposios bangos. HF atspindys ir sugertis šiuo atveju paklūsta tiems patiems dėsniams kaip ir antžeminiams trumpųjų bangų radijo ryšiams. Staigus iš palydovo gaunamo signalo lygio padidėjimas stebimas, kai palydovas eina per priėmimo tašką ir virš antipodo taško (antipodo efektas).

Pasukite poliarizacijos plokštumą. Radijo bangoms sklindant jonosferoje esant pastoviam Žemės magnetiniam laukui, radijo bangos poliarizacijos plokštuma sukasi.

Didžiausia bangos poliarizacijos plokštumos sukimosi kampo vertė (laipsniais) nustatoma pagal išraišką, gautą iš (4.14), darant prielaidą, kad banga eina per visą jonosferos storį esant didžiausiam elektronų tankiui ( dieną, vasarą):

kur yra veikimo dažnis, MHz; - tikrasis palydovo zenito kampas (5.10 pav.). Ymax reikšmės 500 MHz, 1 GHz, 3 GHz dažniams, kai = , yra atitinkamai; ; .

Poliarizacijos plokštumos sukimasis jonosferoje pasireiškia labai dideliais dažniais ir kinta palydovui judant dangumi dėl jonosferos kampo pokyčių ir elektronų tankio svyravimų. Priimant tiesiškai poliarizuotą anteną, įvyksta išblukimas. Norėdami pašalinti išblukimą, naudojamos perdavimo ir priėmimo antenos su apskrita poliarizacija. Šiuo atveju reikia atsižvelgti į tai, kad tik centrinėje diagramos dalyje gaunamas apskritimo poliarizacijos laukas, o diagramos kraštuose - elipsės poliarizacijos laukas. Tai sukelia maždaug 0,5 dB poliarizacijos neatitikimo nuostolius. Jei borto antena turi tiesinę poliarizaciją, atsiranda nuostolių iki 3 dB.

Blėstančios radijo bangos. Radijo bangų energijos sklaida dėl jonosferos nehomogeniškumo ir tiesioginių bei išsklaidytų bangų trukdžių lemia per jonosferą praėjusių radijo signalų amplitudės svyravimus. Norint užtikrinti nuolatinį tokių signalų priėmimą, jų skaičiuojamas intensyvumas turėtų būti parenkamas labiau pagal reikšmę. 300 MHz, 1 GHz, 3 GHz dažnių reikšmės yra atitinkamai 1,6; 0,5; 0,1 dB, ir parodykite, kad sklaidos įtaka mažėja didėjant dažniui.

Priimamų ir perduodamų dažnių D verčių skirtumas vadinamas

Doplerio dažnio poslinkis:

Ryžiai. 5.10. Radijo ryšio Žemė – erdvė schema:

BET– įžeminta antena; NUO- palydovas

Pavyzdžiui, kai r =8 10 3 m/s Doplerio dažnio poslinkis = 0,02 0,2 ​​MHz.

Kai judančio šaltinio skleidžiamos radijo bangos pereina per nevienalytę terpę, kuri atsitiktinai kinta laike ir erdvėje, ji taip pat kinta atsitiktinai.
Taigi erdvėlaivio skleidžiamoms radijo bangoms sklindant per nehomogeninę troposferą, jonosferą ir kosminę erdvę, pokytis yra statistinio pobūdžio.

Kad būtų sumažintas žalingas nešlio dažnio poslinkio poveikis kosminiuose radijo ryšiuose, imtuvai naudoja automatinį dažnio valdymą arba keičia siųstuvo dažnį, jei skleidėjo trajektorija yra žinoma iš anksto. Be to, veikiant Doplerio efektui, signalo dažnių spektras deformuojasi dėl to, kad kiekvienas spektro komponentas gauna savo poslinkį.

Doplerio dažnio poslinkis naudojamas kaip teigiamas reiškinys, leidžiantis nustatyti judančio šaltinio ar reflektoriaus greitį, jei žinomos terpės savybės. Jie išsprendžia ir atvirkštinę problemą: matuojant dažnio poslinkį ir žinant emiterio greitį, nustatomi terpės elektriniai parametrai.

Pakeitimai nustatant kosminių objektų koordinates radiotechnikos metodais. Radijo bangoms sklindančią troposferą ir jonosferą lydi refrakcija ir bangų sklidimo fazės bei grupės greičių pasikeitimas. Šie veiksniai yra klaidų priežastis, į kurias būtina atsižvelgti nustatant kosminių objektų koordinates radijo inžinerijos metodais. Iškylančios klaidos pašalinamos įvedant atitinkamus pakeitimus.

5.6. Optinių ir infraraudonųjų bangų sklidimo ypatumai

Bendrosios nuostatos. Optinis diapazonas apima elektromagnetinius virpesius, kurių bangos ilgis yra 0,39-0,75 mikrono. Infraraudonųjų spindulių (IR) diapazonas apima 0,75–1000 mikronų ilgio bangas, kurios užima tarpinę padėtį tarp optinių ir milimetrinių bangų. Infraraudonųjų spindulių diapazonas skirstomas į tris sritis: artimoji infraraudonoji spinduliuotė – nuo ​​0,75 iki 1,5 mikronų, vidutinė – nuo ​​1,5 iki 5,6 mikronų ir tolima – nuo ​​5,6 iki 1000 mikronų. Optinių, infraraudonųjų ir milimetrinių radijo bangų spektrų ribos persidengia.

Optines ir IR bangas gali sufokusuoti lęšiai ir veidrodžiai, keisti jų kryptį atsispindint ir lūžti, o prizmėmis suskaidyti į spektrą. IR bangos, kaip ir radijo bangos, gali praeiti pro kai kurias medžiagas, kurios yra nepermatomos optinėms bangoms. IR bangos plačiai naudojamos įvairiose pramonės šakose.

Pagrindinis daugelio IR sistemų privalumas yra tai, kad galima naudoti spinduliuotę iš taikinių, kurie patys yra IR spinduliuotės šaltiniai arba atspindi spinduliuotę iš natūralių IR šaltinių. Tokios sistemos vadinamos pasyviomis. Aktyvios IR sistemos turi galingą šaltinį, kurio spinduliuotė, filtruojama siauroje spektro dalyje, koncentruojama optinės sistemos pagalba ir siauro pluošto pavidalu nukreipiama į taikinį.

IR sistemos turi didelę skiriamąją gebą.

Optinių ir infraraudonųjų bangų slopinimas atmosferoje. Visišką optinių ir IR bangų susilpnėjimą atmosferoje lemia keli veiksniai. Skiriamas šviesos slopinimas atmosferoje, kurioje nėra debesų ir rūko, ir šviesos slopinimas rūke.

Silpninimas laisvoje atmosferoje susideda iš šviesos sklaidos dujų ir vandens garų molekulėmis ir selektyvios absorbcijos. Šviesos ir infraraudonųjų bangų, perėjusių atmosferoje tam tikrą atstumą r, nešama galia apskaičiuojama panašiai kaip radijo bangos galia:

čia Г yra bendras sugerties koeficientas dB/km, lygus:

G=Gg+Gp+Gsel+Gt.

Čia Гг ir Гп yra susilpnėjimo koeficientai dėl dujų ir garų molekulių sklaidos; Gsel – selektyvus sugerties koeficientas; Гт - sugerties koeficientas rūke.

Silpninimo koeficientas, atsirandantis dėl bangų sklaidos ant dujų molekulių Gg (dB/km), esant oro slėgiui p (MPa), temperatūrai T (K) ir bangos ilgiui l (µm), pateikiamas tokia išraiška:

Gg = 25p/Tl 4 .

Šio tipo slopinimas infraraudonųjų spindulių šviesoje yra daug mažiau ryškus nei optiniame.

Atmosferoje, kurioje nėra debesų ir rūko, yra priemaišų dalelių – vandens garų ir dulkių, ant kurių taip pat sklinda optinės ir infraraudonosios bangos. Norint apibūdinti kiekvienos dalelės šviesos sklaidos erdvinį modelį, naudojama sklaidos indikatoriaus (sklaidos kampinės funkcijos) sąvoka, apibrėžiama kaip dalelės tam tikra kryptimi išsklaidytos galios ir visomis kryptimis išsklaidyto energijos srauto santykis ( koncepcija, panaši į antenos spinduliavimo modelį). Sklaidos rodikliai nustatomi skaičiuojant skirtingo spindulio a sferines daleles, turinčias skirtingus lūžio rodiklius n. Mažos dalelės su a/l<<1 и n 1 имеют ин­дикатрису, описываемую законом синуса с максимумами в направлении прямого и об­ратного движения волны. При n → ∞ малые частицы рассеивают назад больше энергии, чем вперед. По мере роста а/l индикатри­са рассеяния прозрачных частиц становится все более вытянутой вперед (эффект Ми).

Dulkių ir garų dalelių dydis yra daug kartų didesnis už bangos ilgį, o dalelių skaičius nelieka pastovus, todėl sunku apskaičiuoti slopinimo koeficientą. Todėl, norint nustatyti susilpnėjimą dėl šių dalelių sklaidos, geriau naudoti eksperimentinius duomenis. Empiriškai nustatyta, kad slopinimo koeficientas yra proporcingas l -1,75. Šio tipo nuostoliai yra didžiausi miestuose, jie yra mažesni infraraudonųjų spindulių bangose ​​nei optinių bangų ilgiuose.

Atrankinė sugertis ypač būdinga IR diapazonui. Ant pav. 5.11 parodytas energijos pasiskirstymas saulės spektre, išmatuotas netoli Žemės bangos ilgių diapazone 0,3-2,2 µm. Jei nebūtų selektyvios absorbcijos, kreivė būtų sklandi, pažymėta punktyrine linija. Matomojoje spektro dalyje, kai bangos ilgis 0,4-0,75 µm, sugertis yra nereikšminga, o esant 0,76 µm bangos ilgiui, stebima absorbcija deguonyje. Stiprios sugerties sritys randamos prie 0,94 ilgio bangų; 1,10; 1,38 ir 1,87 µm. Toks sugertis atsiranda dėl vandens garų buvimo atmosferoje, o atmosferos skaidrumas infraraudoniesiems spinduliams labai priklauso nuo atmosferos drėgmės.

Ryžiai. 5.12. Giedro dangaus emisijos spektras

Sugeriamąjį poveikį daro anglies dioksidas (esant bangoms 2,7; 4, 3 ir 12-20 μm) ir ozonas (esant bangoms 4,7 ir 9,6 μm), tačiau pagrindinį sugeriantį poveikį turi vandens garai, nes jų kiekis yra daug didesnis nei. anglies dioksido, dujų ir ozono.

Matavimai parodė, kad atmosferoje yra gana geras skaidrumas infraraudoniesiems spinduliams esant šiems bangos ilgiams: 0,95-1,05; 1,2-1,3; 1,5-1,8; 2, 1-2, 4; 3,3-4,0; 8,0-12,0 µm. Šiose ribose absorbcijos galima nepaisyti, o esant tarpiniams bangų ilgiams ir bangoms, ilgesnėms nei 13,0 μm, įvyksta beveik visiška absorbcija.

Šilumos nuostoliai ir sklaida atsiranda rūko lašeliuose, kaip ir milimetro ir centimetro radijo bangų diapazone. Kuo didesnis lašelio dydis, tuo didesnis nuostolis.

Optinių ir infraraudonųjų bangų lūžis atmosferoje. Skiriama astronominė lūžimas – spindulių, sklindančių iš dangaus kūno ar kito šaltinio, esančio mažame aukštyje į stebėtoją, lūžimas ir antžeminė – spindulių lūžimas iš antžeminių objektų.

Optinės ir artimos IR bangos lūžta mažiau nei radijo bangos. Troposferos lūžio rodiklis IR ir optinėms bangoms užrašomas taip (žr. 3.1):

kur yra dalinis sauso oro slėgis (Pa).

Astronominės lūžio atveju, kai pluoštas praeina per visą atmosferos storį, kurio lūžio rodiklis didėja artėjant prie Žemės paviršiaus, bangos trajektorija visada yra išgaubta zenito link (teigiama refrakcija). Kaip ir radijo bangų atveju, lūžio reiškinys lemia aukščio kampo nustatymo klaidą.

Žemės refrakcija gali būti teigiama arba neigiama. Normalios refrakcijos sąlygomis regėjimo linijos diapazonas optiniame ir IR diapazone yra šiek tiek mažesnis nei radijo diapazone. Formulė (3.5) yra tokia:

Optinės bangos trajektorijos kreivio spindulys yra maždaug 50 000 km. Optiniame ir IR diapazone superfrakcijos reiškinys pastebimas rečiau nei radijo diapazone. Miražo reiškinys siejamas su superrefrakcija.

Optinių kvantinių generatorių spinduliuotės plitimas atmosferoje. Darna, didelis monochromatiškumo laipsnis, didelis kryptingumas ir optinių kvantinių generatorių (OQG) spinduliuotės galia lemia atitinkamas šių spindulių sklidimo atmosferoje ypatybes. Daugelio lazerių spektrinis plotis yra mažesnis nei atmosferos dujų selektyviosios sugerties linijų plotis. Todėl norint kiekybiškai įvertinti lazerio spinduliuotės sugertį, būtina turėti duomenų apie selektyviąją fiksuotų dažnių sugertį. Gauti tokius duomenis trukdo ribota matavimo įrangos skiriamoji geba. Selektyviosios sugerties matavimai intervale l = 0,69334 0,6694 μm, įskaitant rubino lazerio spinduliuotę, parodė, kad bangos ilgiui pasikeitus mažiau nei 10 -4 μm, sugertis pasikeičia nuo 0 iki 80%.

Nustatyta, kad atmosferoje sklindant erdviškai ribotiems pluoštams, dalelių sklaida keičia galios pasiskirstymą spinduliuotės pluošto skerspjūviu. Šis pasiskirstymas priklauso nuo optinio sluoksnio storio, pluošto geometrijos ir terpės savybių.

Turbulentinis troposferos nehomogeniškumas smarkiai pablogina IR radijo jungčių veikimo sąlygas. Jų įtaka ypač reikšminga sklindant koherentinei spinduliuotei. Turbulencijos troposferoje sutrikdo koherentinio pluošto fazinio fronto stabilumą, dėl to jis plečiasi ir nukrypsta bei sukelia amplitudės svyravimus.

Signalo amplitudės svyravimai paklūsta normalaus logaritminio pasiskirstymo dėsniui. Spinduliuotės atėjimo kampų svyravimai apibūdinami normaliu dėsniu.

Gauta kai kurių duomenų, leidžiančių spręsti apie galimą lazerio spinduliuotės pluoštų plėtimąsi. Atliekant matavimus 15 ir 145 km atstumu, buvo pastebėtas pluošto divergencijos padidėjimas atitinkamai 8" ir 13".

Dėl to neįmanoma sukurti IR antenų spinduliavimo modelių, kurių plotis mažesnis nei viena lanko sekundė.

Optinių ir infraraudonųjų spindulių bangų ilgių trikdžiai. Spinduliuotės šaltinis, kuris nėra taikinys, turėtų būti laikomas fonine spinduliuote, trukdančia veikti optinei arba IR sistemai. Foninė spinduliuotė pasireiškia kaip žalingas triukšmas, su kuriuo reikia kovoti. Kokybinis giedro dangaus spinduliavimo spektrinių charakteristikų vaizdas dieną 1 ir naktį 2 parodytas 5.12 pav.

Dangaus šviesumas priklauso nuo atmosferos slėgio ir zenito kampo, didėjančio horizonto link. Debesys sukuria dangaus spinduliavimo netolygumus tiek dieną, tiek naktį, ypač kai bangos ilgis yra mažesnis nei 3 µm. Rimčiausius trukdžius sukuria šviesūs debesų kraštai, kurie yra IR diapazono jaukai.

Žemė sukuria didesnį foną IR spektro srityje nei skaidrus be debesų dangus, atspindinti trumpųjų bangų spinduliuotę, kuri derinama su savo šilumos spinduliuote ilgesniuose bangos ilgiuose. Žemės sukurtas fonas apsunkina antžeminių taikinių aptikimą.

5.7. Elektromagnetinė sauga

Panagrinėkime svarbų klausimą, kuris, nors ir nėra tiesiogiai susijęs su radijo bangų sklidimu, mūsų dienomis įgijo ypatingą reikšmę. Faktas yra tas, kad technologinę visuomenės raidą lydi nuolatinis dirbtinės kilmės elektromagnetinių laukų, supančių žmogų darbe ir namuose, intensyvumas. Dėl to tampa aktuali žmogaus sveikatos apsauga nuo žalingo galingų laukų, turinčių ilgalaikį poveikį organizmui, poveikio.

Čia minima problema priklauso radiacinės biologijos kompetencijai, kuri, be kita ko, užsiima visapusišku elektromagnetinio lauko įtakos gyvai būtybei tyrimu. Nustatyta, kad pavojingiausia žmogui yra jonizuojanti spinduliuotė, kurios kvantinės energijos pakanka elektronams nuo atomo atsiskirti. Tokias savybes turi ultravioletinė spinduliuotė ir visos kitos trumpesnės bangos spinduliuotės, pavyzdžiui, elektromagnetinės bangos rentgeno spindulių diapazone.

Sugertos jonizuojančiosios spinduliuotės biologinis poveikis išreiškiamas specialiais vienetais – pilkais (Gy). Viena pilka spalva atitinka 1 J energijos sugertį 1 kg masės.

Svarbiausia žmogaus apsaugos priemonė – sugertos spinduliuotės dozės ribojimas. Pagal JAV priimtus standartus asmenims, darbe veikiamiems spinduliuotės, didžiausia leistina metinė dozė yra 50 mGy. Individuali dozė likusiai gyventojų daliai neturi viršyti 50 mGy 30 metų, neatsižvelgiant į natūralų radiacijos foną.

Radijo dažniuose kvantų (fotonų) energijos nepakanka medžiagos atomų jonizacijai. Dėl krentančio elektromagnetinio lauko atomai ar molekulės sužadinami. Po to atomai arba molekulės grįžta į pradinę būseną, išskirdami naujus tokio pat dažnio kvantus. Galiausiai visa kūno sugeriama radijo bangų energija virsta šiluma. Tai dažnai naudojama medicinoje vidaus organams sušildyti. Tačiau ilgalaikis žmogaus veikimas mikrobangų laukuose, kurių galios srauto tankis yra keli mW / sukelia skausmingus reiškinius, pirmiausia akies lęšiuko drumstumą. Neatmetama genetinių pokyčių organizme galimybė. Todėl naudojant atitinkamą įrangą reikia griežtai laikytis moksliškai pagrįstų personalo radijo dažnio apšvitos standartų.

5.8. Klausimai savityrai

1. Nurodykite pagrindinius superilgųjų ir ilgųjų bangų sklidimo ypatumus.

2. Kokie yra radijo ryšio VLF ir LW privalumai ir trūkumai?

3. Kokios yra sferinio Žemės-jonosferos bangolaidžio charakteristikos?

4. Nurodykite pagrindinius vidutinių bangų sklidimo ypatumus.

5. Kaip keičiasi SW sklidimo sąlygos per dieną?

6. Kokia yra CB signalo išnykimo prigimtis?

7. Kaip SW diapazone nustatomas elektrinio lauko stiprumas?

8. Nurodykite pagrindinius trumpųjų bangų sklidimo ypatumus.

9. Kokia sąlyga remiantis pasirenkamas maksimalus naudojamas dažnis?

10. Kokie veiksniai lemia mažiausią naudingą dažnį?

11. Kas yra tylos zona?

12. Kokios yra HF blukimo priežastys?

13. Koks reiškinys vadinamas Kabanovo efektu?

14. Kuriuose pasaulio regionuose HF ryšys sunkus?

15. Kokiu paros metu galima dirbti aukštesniu dažniu trumpųjų bangų diapazone?

16. Nurodykite pagrindinius ultratrumpųjų bangų sklidimo paviršiaus erdvėje ypatumus.

17. Nurodykite VHF sklidimo ypatumus matymo linijoje.

18. Kaip atspindžiai nuo nelygios žemės veikia VHF sklidimą?

19. Nurodykite VHF pasiskirstymo nelygioje vietovėje ir miestuose ypatybes.

20. Koks reiškinys vadinamas stiprėjimu kliūtimi?

21. Nurodykite VHF pasiskirstymo dideliame mieste ypatumus.

22. Nurodykite VHF sklidimo dideliais atstumais ypatumus superrefrakcijos sąlygomis.

23. Paaiškinkite VHF sklaidos procesą ant troposferos nehomogeniškumo.

24. Kas lemia metrų bangų sklaidą ir atspindėjimą jonosferoje?

25. Kokie priėmimo būdai naudojami VHF blukimo atveju?

26. Nurodykite pagrindinius VHF sklidimo kosmose ypatumus.

27. Nurodykite pagrindines tarpplanetinės terpės charakteristikas.

28. Paaiškinkite VHF radijo jungčių Žemė-erdvė ypatumus: energijos nuostolius; poliarizacijos plokštumos sukimasis; išblukęs.

29. Nurodykite pagrindinius bangų sklidimo ypatumus optiniame ir IR diapazone.

30. Dėl kokių priežasčių atmosferoje susilpnėja optinės ir IR bangos?

31. Kokie yra optinių ir IR bangų lūžio ypatumai?

32. Kokią įtaką atmosfera turi optinių kvantinių generatorių spinduliuotės sklidimui?

33. Koks trikdžių šaltinis optinių ir IR bangų diapazonuose?

34. Kokia elektromagnetinės saugos problema?

LITERATŪRA

1. Jamanovas D.N. Elektrodinamikos ir radijo bangų sklidimo pagrindai. 1 dalis. Elektrodinamikos pagrindai: paskaitų tekstai. - M: MSTU GA, 2002. - 80 p.

2. Jamanovas D.N. Elektrodinamikos ir radijo bangų sklidimo pagrindai. 2 dalis. Elektrodinamikos pagrindai. Paskaitų tekstai - M: MSTU GA, 2005. - 100 p.

3. Baskakovas S.I. Elektrodinamika ir radijo bangų sklidimas: Proc. pašalpa universitetams. - M: Aukščiau. mokykla, 1992. - 416 p.

4. Nikolskis V.V., Nikolskaja T.N. Elektrodinamika ir radijo bangų sklidimas: Proc. pašalpa universitetams. - M: Nauka., 1989. - 544 p.

5. Markovas G.T., Petrovas B.M., Grudinskaja G.P. Elektrodinamika ir radijo bangų sklidimas: Proc. pašalpa universitetams. - M: Sov. radijas, 1979. - 376 p.

6. Grudinskaya G.P. Radijo bangų sklidimas: Proc. pašalpa universitetams. - M: Aukščiau. mokykla, 1975. - 280 p.

7. Radioelektronikos teorinių pagrindų vadovas: 1 tomas/Red. B.H. Krivitskis, V.N. Doolinas. - M: 1977. - 504 p.

ĮVADAS ………………………………………………………………………….. 3

1. RADIJO BANGŲ SKLIDIMAS LAISVOJI ERDVĖJE …4

1.1. Idealios transliacijos formulė ……………………………………………. 7

1.2. Erdvės sritis, būtina radijo bangoms skleisti. Frenelio zonos metodas ……………………………………………………………. .10

1.3. Klausimai savęs patikrinimui …………………………………………………………………………………………………………………………………………

2. ŽEMĖS PAVIRŠIAUS ĮTAKA RADIJO BANGŲ SKLIIMUI …………………………………………………………………………..13

2.1. Įvairių tipų žemės paviršiaus radijo bangų sugertis ……….13

2.2. Plokščiųjų radijo bangų atspindys ties oru lygaus Žemės ribos paviršiaus ……………………………………………………………….17

2.3. Radijo bangų atspindys nuo grubaus paviršiaus ……………………….19

2.4. Antžeminių radijo bangų sklidimo atvejų klasifikacija ……………22

2.5. Spindulio laukas iškeltas virš lygaus žemės paviršiaus…………22

2.6. Netoli plokščios žemės esančio emiterio laukas

paviršiai ………………………………………………………………………..25

2.7. Radijo bangų difrakcija aplink sferinį žemės paviršių ……….. 28

2.8 Klausimai savęs patikrinimui ……………………………………………………… 29

3. TROPOSFERA IR JOS POVEIKIS RADIJO BANGŲ SKLIIMUI..30

3.1. Troposferos sudėtis ir sandara ………………………………………………….. 30

3.2. Dielektrinė konstanta ir eksponentas

troposferos refrakcija …………………………………………………………………

3.3. Radijo bangų lūžis troposferoje …………………………………………….. 33

3.4. Radijo bangų sugertis troposferoje ………………………………………… 37

3.5. Klausimai savęs patikrinimui …………………………………………………… 39

4. IONOSFERA IR JOS POVEIKIS RADIJO BANGŲ SKLIIMUI …39

4.1. Dujų jonizacija ir rekombinacija jonosferoje ………………………………….. 39

4.2. Jonosferos sandara …………………………………………………………….. 41

4.3. Jonizuoto dielektrinė konstanta ir laidumas

dujos (plazma)……………………………………………………………………….. 44

4.4. Radijo bangų sklidimo greitis jonizuotose dujose (plazmoje) ...46

4.5. Radijo bangų sugertis jonizuotose dujose ………………………………47

4.6. Radijo bangų lūžis ir atspindys jonosferoje …………………………. 49

4.7. Nuolatinio magnetinio lauko poveikis elektrai

jonizuotų dujų parametrai………………………………………………… 50

4.8 Klausimai savęs patikrinimui …………………………………………………… 52

5. RADIJO BANGŲ SKLEIDIMO ĮVAIRIUOSE JUOSTOSE YPATUMAI ………………………………………………………………………….. 53

5.1. Superilgųjų ir ilgųjų bangų sklidimo ypatumai …………. 53

5.2. Vidutinių bangų sklidimo ypatumai ……………………………….. 57

5.3. Trumpųjų bangų sklidimo ypatumai……………………………………………………………………………………………………………………………

5.4. Ultratrumpųjų bangų sklidimo paviršiaus erdvėje ypatumai ……………………………………………………………………………

5.5. Ultratrumpųjų bangų sklidimo kosmose ypatybės ……………………………………………………………………………

5.6. Optinių ir infraraudonųjų bangų sklidimo ypatumai ……………………………………………………………………………

5.7. Elektromagnetinė sauga …………………………………………… 83

5.8. Klausimai savęs patikrinimui …………………………………………………… 84

LITERATŪRA ………………………………………………………………………… 86

Nustatant radijo sistemų diapazoną, būtina atsižvelgti į radijo bangų sugertį ir lūžimą joms sklindant atmosferoje, jų atspindį nuo jonosferos, pagrindinio paviršiaus įtaką kelio, kuriuo sklinda radijo signalas. .

Šių veiksnių įtakos laipsnis priklauso nuo radijo sistemos dažnių diapazono ir veikimo sąlygų (paros laiko, geografinės vietovės, siųstuvo ir imtuvo antenų aukščio).

Radijo bangų sugerties ir lūžio įtaka reikšmingiausia apatiniame pagrindiniame atmosferos sluoksnyje, vadinamame troposfera. Troposferos aukštis yra iki 8-10 km poliariniuose regionuose ir iki 16-18 km tropinėse Žemės rutulio platumose. Pagrindinė vandens garų dalis telkiasi troposferoje, susidaro debesys ir turbulentiniai srautai, kurie turi įtakos radijo bangų sklidimui, ypač milimetrų, centimetrų ir decimetro diapazonams, naudojamiems radaro ir trumpojo nuotolio radijo navigacijoje.

Radijo bangų atspindys iš jonosferos stipriausiai veikia dekametrines ir ilgesnes bangas, naudojamas navigacijos ir ryšių sistemose.

Trumpai panagrinėkime šių veiksnių įtaką.

Radijo bangų slopinimo įtaka troposferoje siejama su deguonies ir vandens garų molekulių, hidrometeorų (lietaus, rūko, sniego) ir kietųjų dalelių absorbcija. Sugertis ir sklaida sumažina radijo bangos galios srauto tankį su atstumu pagal eksponentinį dėsnį, ty signalo galia įėjime yra susilpninta koeficientu. Silpninimo koeficiento reikšmė priklauso nuo slopinimo koeficiento ir radijo bangų nuvažiuojamo atstumo D. Jeigu koeficientas , per visą kelią yra pastovus ir atsižvelgiama į aktyvaus radaro atvejį su pasyvia reakcija, tai signalo galia prie imtuvo įvestis sumažėja dėl slopinimo nuo iki

Jei išreiškiame , tada . Jei atmosferoje yra hidrometeorų ir kitų dalelių, slopinimo koeficientas yra dalinio slopinimo koeficientų, kuriuos sukelia molekulių deguonies ir vandens garų absorbcija, taip pat skysčių ir kietųjų dalelių įtaka, suma. Molekulinė absorbcija atmosferoje dažniausiai vyksta dažniais, artimais rezonansiniams. Visų atmosferos dujų, išskyrus deguonį ir vandens garus, rezonanso linijos yra už radijo bangų diapazono ribų, todėl tik deguonies ir vandens garų absorbcija molekulėmis daro didelę įtaką RTS diapazonui. Vandens garų molekulių absorbcija yra didžiausia bangoje, o deguonies molekulių - bangose.

Taigi molekulinė absorbcija yra reikšminga centimetrų ir ypač milimetrų diapazone, kur ji riboja radijo sistemų, ypač radarų, veikiančių atspindėtais signalais, diapazoną.

Kita signalo energijos praradimo sklidimo metu priežastis yra radijo bangų sklaida, pirmiausia lietaus lašais ir rūku. Kuo didesnis lašelio spindulio santykis , iki bangos ilgio , iki bangos ilgio , tuo didesni energijos nuostoliai dėl jos išsibarstymo visomis kryptimis. Šis sklaida didėja proporcingai ketvirtajai dažnio laipsniai, nes kritimo EPR ties

kur yra vandens dielektrinė konstanta.

Jei žinomas lašelių skersmuo ir jų skaičius tūrio vienete, tada galima nustatyti slopinimo koeficientą. Vadovuose lietaus koeficientas dažniausiai nurodomas priklausomai nuo jo intensyvumo ir bangos ilgio. Centimetrų diapazone slopinimo koeficientas kinta maždaug proporcingai signalo dažnio kvadratui. Jei dažniu mm/h, , tai tokiu pat dažniu, kai lietaus intensyvumas .

Radijo bangų slopinimas rūke yra tiesiogiai proporcingas vandens koncentracijai jame. Radijo bangų slopinimas dėl krušos ir sniego yra daug mažesnis nei dėl lietaus ar rūko, o jų įtaka dažniausiai nepaisoma.

Didžiausią radaro diapazoną, atsižvelgiant į slopinimą, galima rasti pagal formulę

jei žinomas diapazonas laisvoje erdvėje. Šią lygtį galima išspręsti grafiškai logaritmine forma. Po paprastų transformacijų randame

Pažymime santykinį diapazono sumažėjimą ir rašome lygtį tokia forma, kuri patogi grafiniam sprendimui:

9.4 paveiksle parodyta priklausomybė, leidžianti už duotus ir rasti , taigi, .

Radijo bangų lūžio atmosferoje įtaka. Radijo bangų lūžis (lūžis, kreivumas) – tai radijo bangų sklidimo nuokrypis nuo tiesės, kai jos praeina per terpę su kintančiais elektriniais parametrais. Terpės lūžio savybes apibūdina lūžio rodiklis, nustatomas pagal jos dielektrinę konstantą. Kartu su lūžio rodikliu atmosferoje kinta priklausomai nuo aukščio. Pokyčio su aukščiu greitis apibūdinamas gradientu, kurio reikšmė ir ženklas apibūdina refrakciją.

Kai nėra refrakcijos. Jei , tada refrakcija laikoma neigiama ir radijo bangos trajektorija nukrypsta nuo Žemės paviršiaus. lūžis yra teigiamas, o radijo bangos trajektorija yra išlenkta link Žemės, o tai veda į jos gaubtą radijo bangomis ir padidina radijo sistemų diapazoną, o ypač laivų radaro aptikimo diapazoną ir žemą skraidantis lėktuvas.

Esant normaliai atmosferos būklei, t.y., refrakcija yra teigiama, o tai padidina radijo horizonto diapazoną. Į normalios refrakcijos poveikį atsižvelgiama tariamai padidėjus Žemės spinduliui 1 kartus, o tai prilygsta radijo horizonto diapazono padidėjimui iki . Radijo bangos trajektorijos kreivumo spindulys yra atvirkščiai proporcingas gradientui , t.y. Kai radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys lygus Žemės spinduliui, o horizontaliai nukreipta radijo banga sklinda lygiagrečiai Žemės paviršiui, lenkdama aplink jį. Tai yra kritinės refrakcijos atvejis, kai galima žymiai padidinti radaro diapazoną.

Esant nenormalioms troposferos sąlygoms (staigiai padidėjus slėgiui, drėgmei, temperatūrai), galima ir superrefrakcija, kai radijo bangos trajektorijos kreivio spindulys tampa mažesnis už Žemės spindulį. Tuo pačiu metu troposferoje galimas radijo bangų bangolaidinis sklidimas labai dideliais atstumais, jei radaro antena ir objektas yra troposferos sluoksnio, sudarančio bangolaidžio kanalą, aukštyje.

Pagrindo paviršiaus įtaka. Be atmosferos refrakcijos, žemės paviršiaus apvalinimas atsiranda dėl radijo bangų difrakcijos. Tačiau šešėlinėje zonoje (už horizonto) radijo bangų intensyvumas greitai krenta dėl apatinio paviršiaus nuostolių, kurie sparčiai didėja didėjant radijo signalo dažniui. Todėl tik esant didesnėms nei 1000 m bangoms paviršinė banga, t.y. Žemės paviršių gaubianti banga, gali užtikrinti didelį sistemos diapazoną (kelis šimtus ir net tūkstančius kilometrų). Todėl ilgojo nuotolio RNS naudojamos ilgųjų ir itin ilgųjų bangų diapazonų bangos.

Paviršinės bangos slopinimas priklauso nuo dugno paviršiaus dielektrinės konstantos ir elektrinio laidumo tiek jūros paviršiuje, tiek smėlėtose ar kalnuotose dykumose; keičiantis 0,0001 - 5 S/m ribose. Sumažėjus dirvožemio laidumui, slopinimas smarkiai padidėja, todėl didžiausias veikimo diapazonas užtikrinamas radijo bangoms sklindant virš jūros, o tai būtina jūrinei radijo navigacijai.

Pagrindinio paviršiaus įtaka turi įtakos ne tik RNS diapazonui, bet ir jų tikslumui, nes radijo bangų fazinis greitis taip pat priklauso nuo pagrindinio paviršiaus parametrų. Priklausomai nuo pagrindinio paviršiaus parametrų sudaromi specialūs fazių greičio pataisų žemėlapiai, tačiau, kadangi šie parametrai kinta priklausomai nuo metų ir paros laiko ir net oro sąlygų, visiškai pašalinti vietos paklaidas, atsiradusias pasikeitus radijo bangų fazinis greitis.

Radijo bangos, kurių ilgis viršija 10 m, taip pat gali sklisti už horizonto dėl vienkartinių ar kelių atspindžių iš jonosferos.

Radijo bangų atspindžio įtaka jonosferoje. Radijo bangos, pasiekiančios priėmimo anteną po to, kai jas atspindi jonosfera, vadinamos erdvinėmis.

Tokios bangos suteikia labai ilgą diapazoną, kuris naudojamas trumpųjų bangų (dekametro) ryšio sistemose. Dangaus bangose ​​ypač didelio nuotolio radaru aptinkami tam tikri taikiniai (branduoliniai sprogimai ir raketų paleidimai), naudojant taikinio atspindėtus signalus, kurie sklidimo kelyje patiria vieną ar kelis atspindžius iš jonosferos ir Žemės paviršiaus. paviršius. Tokių signalų priėmimo reiškinį (Kabanovo efektą) 1947 m. atrado sovietų mokslininkas N. I. Kabanovas. Radarai, pagrįsti šiuo efektu, vadinami jonosferiniais arba už horizonto. Tokiose stotyse, veikiančiose esant 10-15 m bangoms, kaip ir įprastuose radaruose, taikinio nuotolis nustatomas pagal signalo delsos laiką, o kryptis fiksuojama naudojant kryptinę anteną. Dėl jonosferos nestabilumo tokių stočių tikslumas yra mažas, o veikimo diapazono apskaičiavimas yra sudėtinga užduotis, nes sunku atsižvelgti į nuostolius, atsirandančius dėl radijo bangų sklaidos ir sugerties sklidimo kelyje, taip pat kai jie atsispindi nuo Žemės ir jonosferos. Šiuo atveju taip pat būtina atsižvelgti į nuostolius dėl radijo bangų poliarizacijos plokštumos pasikeitimo.

Jonosferos aukščio priklausomybė nuo daugelio veiksnių lemia neprognozuojamus signalo delsos pokyčius, o tai apsunkina dangaus bangų panaudojimą radijo navigacijai. Be to, erdvinių ir paviršinių bangų trukdžiai iškraipo paviršiaus signalą ir sumažina vietos nustatymo tikslumą.

Apibendrinant, panagrinėkime 10–30 km ilgio miriometro (super ilgųjų bangų) radijo bangų sklidimo ypatybes, naudojamas antžeminėse pasaulinėse navigacijos sistemose. Šios bangos prastai sugeria apatinį paviršių ir gerai atsispindi nuo jo, taip pat nuo jonosferos tiek naktį, tiek dieną. Dėl to itin ilgos bangos sklinda aplink Žemę, kaip bangolaidyje, kurį riboja Žemės paviršius ir jonosfera, labai dideliais atstumais. Tuo pačiu galima numatyti sklidimo greičio ir fazių poslinkių pokytį, o tai suteikia vietos nustatymo tikslumą, pakankamą navigacijai atviroje jūroje.

Šiuo metu pasaulinei navigacijai naudojami palydoviniai RNS, kuriuose dėl didelio palydovų orbitų aukščio užtikrinamas tiesioginis „matomumas“ dideliais atstumais, naudojant decimetrines bangas, laisvai pereinančias per jonosferą. sistema, kuri pasaulinei SRNS apima visos Žemės artimos erdvės.

Parašykite radaro diapazono lygtį laisvoje erdvėje.

Kaip radaro diapazonas priklauso nuo jo bangos ilgio?

Kaip radijo bangų atspindys nuo Žemės paviršiaus veikia radaro diapazoną?

Kokia yra žemai esančių objektų aptikimo savybė?

Kokios yra pagrindinės radaro signalo susilpnėjimo priežastys sklidimo metu?

Nustatykite trijų centimetrų nuotolio radaro, veikiančio lietuje, kurio intensyvumas mm / h (), diapazoną. Radaro nuotolis laisvoje erdvėje.

Kokiomis sąlygomis dėl radijo bangų lūžimo anomaliai padidėja radaro diapazonas?

Kokią įtaką RNS veikimui turi apatinis paviršius?

Kas yra „Kabanovo efektas“ ir kaip jis taikomas praktikoje?

Kodėl pasaulinės antžeminės RNS naudoja VLF radijo bangas?

Siųstuvo spinduliuojama, prieš pasiekdama imtuvą, pereikite kelią, kuris gali būti sudėtingas. Radijo bangos gali pasiekti priėmimo tašką skliddamos tiesiomis trajektorijomis, besilenkdamos aplink išgaubtą Žemės paviršių, atsispindėdamos nuo jonosferos ir kt. Būdai Radijo bangų sklidimas iš esmės priklauso nuo bangos ilgio l , nuo Saulės apšviestos žemės atmosferos ir daugybės kitų veiksnių (žr. toliau).

tiesios bangos. Vienalytėse terpėse radijo bangos sklinda tiesia linija pastoviu greičiu, kaip šviesos spinduliai (radijo spinduliai). Toks Radijo bangų sklidimas vadinamas nemokamai. Sąlygos Radijo bangų sklidimas kosmose, radijo ryšio metu tarp antžeminės stoties ir kosminio objekto, tarp dviejų kosminių objektų, atliekant radioastronominius stebėjimus, radijo ryšio tarp antžeminės stoties ir orlaivio metu arba tarp orlaivių yra beveik laisvi.

Antenos skleidžiama banga gali būti laikoma plokščia banga dideliais atstumais nuo jos (žr. Radijo bangų emisija ir priėmimas ). Elektromagnetinės energijos srauto tankis, proporcingas bangos lauko stiprio kvadratui, mažėja didėjant atstumui r nuo šaltinio yra atvirkščiai proporcinga r 2 , dėl to apribojamas atstumas, kuriuo galima priimti signalą iš siunčiančios stoties. Radijo stoties diapazonas (jei nėra absorbcijos) yra lygus: , kur c - signalo galia imtuvo įėjime, R w - triukšmo galia, G1, G2 yra siunčiančios ir priimančios antenos krypties koeficientai. Greitis Radijo bangų sklidimas laisvoje erdvėje yra lygus šviesos greičiui vakuume: iš = 300 000 km/sek.

Bangai sklindant materialioje terpėje (pavyzdžiui, Žemės atmosferoje, Žemės storiu, jūros vandenyje ir pan.), kinta jos fazinis greitis ir sugeriama energija. Taip yra dėl elektronų ir jonų virpesių sužadinimo terpės atomuose ir molekulėse, veikiant bangos elektriniam laukui, ir jų pakartotinio antrinių bangų spinduliavimo. Jei bangos lauko stiprumas yra mažas, palyginti su lauko, veikiančio elektroną atome, stiprumu, tai elektrono virpesiai veikiant bangos laukui vyksta pagal harmoninį dėsnį su įeinančios bangos dažniu. . Todėl elektronai skleidžia vienodo dažnio, bet skirtingos amplitudės ir fazės radijo bangas. Fazės poslinkis tarp pirminių ir pakartotinai spinduliuojamų bangų lemia fazės greičio pasikeitimą. Energijos nuostoliai bangai sąveikaujant su atomais yra radijo bangų sugerties priežastis. Sugertis ir fazės greičio pokytis terpėje apibūdinami sugerties rodikliu c ir lūžio rodikliu n, kurie, savo ruožtu, priklauso nuo terpės laidumo e ir laidumo s, taip pat nuo bangos ilgio l:

(1)

Sugerties koeficientas b = 2pc/l, fazės greitis u =c/n. Tokiu atveju r e lemia ne tik siųstuvo, imtuvo ir bangos ilgio charakteristikos, bet ir terpės savybės (e, s). Antžeminėmis sąlygomis Radijo bangų sklidimas paprastai skiriasi nuo nemokamo. Ant Radijo bangų sklidimasŽemės paviršius, žemės atmosfera, jonosferos sandara ir kt. Tam tikrų veiksnių įtaka priklauso nuo bangos ilgio.

Žemės paviršiaus įtaka radijo bangų sklidimui priklauso nuo radijo kelio vietos jo paviršiaus atžvilgiu.

Radijo bangų sklidimas- erdvinis procesas, užfiksuojantis didelį plotą. Tačiau reikšmingiausią vaidmenį šiame procese atlieka erdvės dalis, kurią riboja paviršius, turintis revoliucijos elipsoido formą, kurio židiniuose BET Ir IN yra siųstuvas ir imtuvas ryžių. vienas ). Didžioji elipsoido ašis beveik lygi atstumui R tarp siųstuvo ir imtuvo bei mažosios ašies ~. Kuo l mažesnis, tuo elipsoidas siauresnis; optiniame diapazone jis išsigimsta į tiesią liniją (šviesos spindulį). Jei aukščiai Z1 Ir Z2, ant kurių Žemės paviršiaus atžvilgiu yra išsidėsčiusios siųstuvo ir imtuvo antenos, yra didelės lyginant su l, tuomet elipsoidas Žemės paviršiaus neliečia ( ryžių. vienas , bet). Šiuo atveju Žemės paviršius neturi jokios įtakos Radijo bangų sklidimas(nemokamas platinimas). Nuleidus abu arba vieną iš radijo kelio galinių taškų, elipsoidas palies Žemės paviršių ( ryžių. vienas , b) o atspindėtos bangos laukas yra ant tiesioginės bangos, einančios iš siųstuvo į imtuvą. Jei pas Z1>>l ir Z2>> l, tuomet šį lauką pagal geometrinės optikos dėsnius galima laikyti žemės paviršiaus atspindėtu spinduliu. Lauką priėmimo taške lemia tiesioginių ir atspindimų spindulių trukdžiai. Interferencijos maksimumai ir minimumai nustato lauko žiedlapių struktūrą ( ryžių. 2 ). Būklė Z1 Ir Z2>> l praktiškai gali būti įvykdyta tik metrinėms ir trumpesnėms bangoms, todėl skiltelinė lauko struktūra būdinga ultratrumposioms bangoms (VHF).

Didėjant l, reikšminga sritis plečiasi ir kerta Žemės paviršių. Šiuo atveju nebeįmanoma pavaizduoti bangos lauko dėl tiesioginių ir atspindėtų bangų trukdžių. Žemės įtaka Radijo bangų sklidimasšiuo atveju yra dėl kelių veiksnių: žemė turi didelį elektros laidumą, todėl Radijo bangų sklidimas išilgai Žemės paviršiaus sukelia šilumos nuostolius ir bangos susilpnėjimą. Energijos nuostoliai žemėje didėja mažėjant l.

Be susilpnėjimo, keičiasi ir bangų lauko struktūra. Jei antena netoli Žemės paviršiaus spinduliuoja skersinę tiesiškai poliarizuotą bangą (žr. Bangų poliarizacija ), kuriame elektrinio lauko stiprumas E yra statmena Žemės paviršiui, tada dideliais atstumais nuo emiterio banga tampa elipsiškai poliarizuota ( ryžių. 3 ). Horizontaliojo komponento vertė E x yra daug mažesnis už vertikalę E z ir mažėja didėjant žemės paviršiaus laidumui s. Horizontaliojo komponento išvaizda leidžia priimti žemės bangas vadinamajame. įžemintos antenos (2 laidininkai, esantys Žemės paviršiuje arba nedideliame aukštyje). Jei antena skleidžia horizontaliai poliarizuotą bangą ( E lygiagrečiai Žemės paviršiui), tada Žemės paviršius labiau susilpnina lauką, tuo didesnis s ir sukuria vertikalią dedamąją. Net esant nedideliems atstumams nuo horizontalaus šaltinio, vertikali lauko komponentė tampa didesnė už horizontaliąją. Sklindant palei Žemę, antžeminių bangų fazinis greitis kinta priklausomai nuo atstumo, tačiau jau ~ kelių l atstumu nuo emiterio tampa lygus šviesos greičiui, nepriklausomai nuo elektrinių grunto savybių.

Žemės iškilimas yra savotiška „kliūtis“ radijo bangų kelyje, kurios, difraktuodamos, apeina Žemę ir prasiskverbia į „šešėlio sritį“. Kadangi bangos difrakcija pastebimai pasireiškia, kai kliūties matmenys yra proporcingi arba mažesni už l, o Žemės iškilumo dydį galima apibūdinti sferinio segmento aukščiu. h (ryžių. 4 ), nupjauta plokštuma, kuri eina per stygą, jungiančią imtuvo ir siųstuvo vietos taškus (žr. lentelę), tada sąlyga h<< l выполняется для метровых и более длинных волн. Если учесть, что с уменьшением l увеличиваются потери энергии в Земле, то практически только километровые и более длинные волны могут проникать глубоко в область тени (ryžių. penkios ).

rutulio segmento aukštis h skirtingiems atstumams tarp siųstuvo ir imtuvo

atstumas, km	1	5	10	50	100	500	1000	5000
h, m	0,03	0,78	3,1	78	310	7800	3.1´10 4	3,75'10 4

Žemės paviršius yra nevienalytis, didžiausią įtaką daro Radijo bangų sklidimas pateikti trasos ruožų, esančių greta siųstuvo ir imtuvo, elektrines savybes. Jei radijo kelias kerta pakrantės liniją, t. y. eina per sausumą, o po to per jūrą (s ® ¥), tada kertant pakrantę lauko stiprumas smarkiai pasikeis ( ryžių. 6 ), ty bangų sklidimo amplitudė ir kryptis (krano refrakcija). Tačiau pakrantės refrakcija yra vietinis radijo bangų lauko trikdymas, kuris mažėja didėjant atstumui nuo pakrantės.

Įtakoja ir žemės paviršiaus topografija Radijo bangų sklidimasŠi įtaka priklauso nuo paviršiaus nelygumų aukščio santykio h, horizontalaus ilgio l, l ir bangos kritimo kampas q paviršiuje ( ryžių. 7 ). Jei tenkinamos sąlygos:

4p2 l 2 sin 2 q/l 2 £ 1; 2psin q<< 1, (2)

tada nelygumai laikomi nedideliais ir švelniais. Šiuo atveju jie turi mažai įtakos Radijo bangų sklidimas Kai q didėja, sąlygos (2) gali būti pažeistos. Tokiu atveju bangos energija išsisklaido, o lauko stiprumas atspindėto pluošto kryptimi mažėja (atsiranda difuziniai atspindžiai).

Aukštos kalvos, kalnai ir t.t., be to, stipriai „drumsčia“ lauką, suformuodami pavėsingus plotus. Radijo bangų difrakcija kalnų grandinėse kartais sukelia bangos sustiprėjimą dėl tiesioginių ir atsispindėjusių nuo Žemės paviršiaus bangų trukdžių ( ryžių. 8 ).

Radijo bangų plitimas troposferoje. Radijo bangų lūžis. Antžeminės radijo bangos sklinda išilgai Žemės paviršiaus troposfera. Troposferos laidumas s radijo bangas atitinkantiems dažniams (išskyrus milimetrines bangas) praktiškai lygus 0; laidumas e, taigi ir lūžio rodiklis n yra oro slėgio ir temperatūros, taip pat vandens garų slėgio funkcijos. Žemės paviršiuje n» 1,0003. Keičiant e ir n aukštis priklauso nuo meteorologinių sąlygų. Paprastai e ir n mažėja, o fazės greitis u didėja didėjant aukščiui. Tai veda prie radijo spindulių kreivumo (radijo bangų lūžio, ryžių. devynios ). Jeigu troposferoje kampu į horizontą sklinda banga, kurios priekis sutampa su tiesia linija av (ryžių. devynios ), tada dėl to, kad viršutiniuose troposferos sluoksniuose banga sklinda didesniu greičiu nei apatiniuose, viršutinė bangos fronto dalis lenkia apatinę ir bangos frontas pasisuka (spindulys išlinksta) . T. iki n mažėja didėjant aukščiui, tada radijo spinduliai nukreipiami į Žemę. Šis reiškinys, vadinamas normalia troposferos refrakcija, prisideda prie Radijo bangų sklidimas už regėjimo linijos, tk. dėl lūžio bangos gali lenktis aplink Žemės iškilimą. Tačiau praktiškai šis efektas gali turėti įtakos tik VHF, nes esant ilgesniems bangų ilgiams, vyrauja lenkimas dėl difrakcijos. Meteorologinės sąlygos gali susilpninti arba sustiprinti refrakciją, palyginti su įprasta.

Troposferos bangolaidis. Tam tikromis sąlygomis (pavyzdžiui, kai įkaitęs oras juda iš sausumos virš jūros paviršiaus), oro temperatūra didėjant aukščiui ne mažėja, o didėja (temperatūros inversijos). Tokiu atveju refrakcija troposferoje gali tapti tokia stipri, kad nedideliu kampu į horizontą tam tikrame aukštyje kylanti banga pakeis kryptį į priešingą ir sugrįš į Žemę. Erdvėje, kurią iš apačios riboja Žemė, o iš viršaus – savotiškas atspindintis troposferos sluoksnis, banga gali sklisti labai dideliais atstumais (radijo bangų bangolaidinis sklidimas). Visai kaip metale radijo bangolaidžiai , bangos gali sklisti troposferos bangolaidžiuose, kurių ilgis mažesnis už kritinį (l kr » 0,085 d 3 / 2 , d- bangolaidžio aukštis in m, l kr in cm). Inversinių sluoksnių storis troposferoje paprastai neviršija ~ 50-100 m, todėl tik decimetrinės, centimetrinės ir trumpesnės bangos gali sklisti bangolaidžiu.

Svyravimo sklaida e. Be reguliarių e pokyčių su aukščiu, troposferoje yra netaisyklingų nehomogeniškumo (svyravimų), atsirandančių dėl atsitiktinio oro judėjimo. Jie skleidžia VHF radijo bangas. Taigi erdvės sritis, kurią riboja priėmimo ir perdavimo antenų kryptingumo diagramos ir kurioje yra daug nehomogeniškumo e, yra sklaidos tūris. Dėl sklaidos atsiranda radijo bangos amplitudės ir fazės svyravimai, taip pat VHF sklidimas atstumais, žymiai viršijančiais regėjimo liniją ( ryžių. 10 ). Šiuo atveju laukas priėmimo punkte IN susidarė dėl išsibarsčiusių bangų interferencijos. Dėl daugybės išsklaidytų bangų trukdžių atsiranda atsitiktiniai signalo amplitudės ir fazės pokyčiai. Tačiau vidutinė signalo amplitudės vertė gerokai viršija amplitudę, kuri galėtų būti dėl normalios troposferos lūžio.

Radijo bangų sugertis. Troposfera yra skaidri visoms radijo bangoms iki centimetro. Trumpesnės bangos pastebimai susilpnėja lašeliuose (lietus, kruša, sniegas, rūkas), vandens garuose ir atmosferos dujose. Susilpnėjimas atsiranda dėl absorbcijos ir sklaidos procesų. Kiekvienas vandens lašas turi reikšmingą laidumą ir banga jame sužadina aukšto dažnio sroves. Srovės tankis yra proporcingas dažniui, todėl didelės srovės, taigi ir šilumos nuostoliai, atsiranda tik sklindant centimetrinėms ir trumpesnėms bangoms. Šios srovės sukelia ne tik šiluminius nuostolius, bet ir yra antrinės išsklaidytos spinduliuotės šaltiniai, kurie susilpnina tiesioginį signalą. Išsklaidytos energijos srauto tankis yra atvirkščiai proporcingas l 4, jei sklaidos dalelės dydis d< l, ir nepriklauso nuo l jei d>>l (žr šviesos sklaida ). Praktiškai per stipraus lietaus ar rūko, bangų zoną su l< 3cm negali plisti. Bangos trumpesnės nei 1,5 cm, be to, patirkite rezonansinę absorbciją vandens garuose (l = 1,5 cm; 1,35 cm; 0,75 cm; 0,5 cm; 0,25 cm) ir deguonies (l = 0,5 cm ir 0,25 cm). Sklindančios bangos energija šiuo atveju išleidžiama atomų ir molekulių jonizavimui arba sužadinimui. Tarp rezonanso linijų yra mažos sugerties sritys.

Radijo bangų plitimas jonosferoje. IN jonosfera - daugiakomponentis plazma , esantis Žemės magnetiniame lauke, mechanizmas Radijo bangų sklidimas sunkiau nei troposferoje. Radijo bangai veikiant jonosferoje, gali atsirasti tiek priverstiniai elektronų ir jonų svyravimai, tiek įvairių rūšių kolektyviniai natūralūs virpesiai (plazmos virpesiai). Priklausomai nuo radijo bangos w dažnio, vienas ar kitas iš jų atlieka pagrindinį vaidmenį, todėl jonosferos elektrinės savybės skirtingiems radijo bangų diapazonams yra skirtingos. Esant aukštam dažniui w in Radijo bangų sklidimas Dalyvauja tik elektronai, kurių natūralusis virpesių dažnis (Langmuir dažnis) lygus:

(3)

kur e -įkrauti, m- svoris, - elektronų koncentracija. Priverstiniai jonosferos laisvųjų elektronų svyravimai, priešingai nei troposferos elektronai, glaudžiai susiję su atomais, fazėje nuo aukšto dažnio bangos elektrinio lauko atsilieka beveik 2p. Šis elektronų poslinkis sustiprina lauką E bangos jonosferoje ( ryžių. vienuolika ). Todėl leidžiamumas e, lygus išorinio lauko stiprio ir lauko stiprio santykiui terpėje, pasirodo, kad jis skirtas jonosferai< 1: e = 1 - w 2 0 / w 2 . Atsižvelgus į elektronų susidūrimus su atomais ir jonais, gaunamos tikslesnės jonosferos e ir s formulės:

, (4)

kur n yra susidūrimų skaičius per sekundę.

Aukštiems dažniams, pradedant nuo trumpųjų bangų, daugumoje jonosferos santykis yra teisingas: w 2 >> n 2 ir lūžio rodikliai n ir absorbcijos c yra:

; (5)

Didėjant dažniui, c mažėja ir n auga, artėja prie 1. Kadangi n< 1, bangos sklidimo fazės greitis . Energijos sklidimo greitis (bangų grupės greitis) jonosferoje lygus iš× n ir pagal reliatyvumo teorija mažiau iš.

Radijo bangų atspindys. Už bangą su w< w 0 n ir u tampa įsivaizduojamomis vertybėmis, o tai reiškia, kad tokia banga negali sklisti jonosferoje. Kadangi elektronų koncentracija o plazmos dažnis w 0 jonosferoje didėja didėjant ūgiui ( ryžių. 12 ), tada krintanti banga, prasiskverbianti į jonosferą, plinta iki tokio lygio, kuriame lūžio rodiklis išnyksta. Tokiame aukštyje banga visiškai atsispindi nuo jonosferos sluoksnio. Didėjant dažniui, krintanti banga prasiskverbia giliau į jonosferos sluoksnį. Didžiausias bangos, kuri atsispindi nuo jonosferos sluoksnio vertikalaus kritimo metu, dažnis vadinamas kritiniu sluoksnio dažniu:

(6)

Sluoksnio kritinis dažnis 2 (pagrindinis maksimumas, ryžių. 12 ) kinta dienos metu ir kiekvienais metais maždaug nuo 5 iki 10 MHz Bangoms, kurių dažnis w > w cr n visur > 0, t.y. banga praeina per sluoksnį neatsispindėdama.

Kai banga įstrižai krinta į jonosferą, didžiausias į Žemę grįžtančios bangos dažnis yra didesnis nei w cr. Radijo banga, krintanti į jonosferą kampu j 0 ir patirianti lūžimą, pasisuka į Žemę tokiame aukštyje, kur j( z) = p/2. Įstrižinio kritimo atspindžio sąlyga yra tokia: n(z) = sinj 0 . Bangų, atsispindėjusių iš tam tikro aukščio įstrižai ir vertikaliai kritimo metu, dažniai yra susiję su ryšiu: w inc = w vert secj 0. Didžiausias bangos, atsispindinčios nuo jonosferos, dažnis tam tikru kritimo kampu, ty esant tam tikram kritimo kampui. kelio ilgis, vadinamas didžiausiu naudojamu dažniu (MCH).

Dviguba refrakcija. Reikšmingą įtaką Radijo bangų sklidimas veikia Žemės magnetinį lauką 0 = 0,5 ai, prasiskverbiantis į jonosferą. Nuolatiniame magnetiniame lauke jonizuotos dujos tampa anizotropine terpe. Į jonosferą patenkanti banga patiria dvigubas lūžis , t.y., skyla į 2 bangas, kurios skiriasi sklidimo greičiu ir kryptimi, absorbcija ir poliarizacija. Magnetiniame lauke H 0 greičiu u judantį elektroną veikia Lorenzo jėga , kuriam veikiant elektronas sukasi dažniu (giroskopiniu dažniu) aplink magnetinio lauko linijas. Dėl to pasikeičia jonosferos elektronų priverstinių virpesių pobūdis veikiant elektriniam bangos laukui.

Paprasčiausiu atveju, kai kryptis Radijo bangų sklidimas statmenai H 0 (E yra toje pačioje plokštumoje kaip H 0), banga gali būti pavaizduota kaip 2 bangų suma su E^ H 0 ir E|| H 0 . Pirmajai bangai (nepaprastai) elektronų judėjimo pobūdis ir, atitinkamai, n pokytis, antrajam (paprastam) jie išlieka tokie patys, kaip ir nesant magnetinio lauko:

; (7)

Savavališkos krypties atveju Radijo bangų sklidimasŽemės magnetinio lauko atžvilgiu formulės sudėtingesnės: kaip n 1 ir n 2 priklauso nuo w H . Kadangi radijo bangos atspindys kyla iš sluoksnio, kur n= 0, tada įprastos ir nepaprastosios bangos atsispindi skirtinguose aukščiuose. Kritiniai dažniai jiems taip pat skiriasi.

Kaip Radijo bangų sklidimas jonosferoje dėl greičių skirtumo kaupiasi fazių poslinkis tarp bangų, dėl ko nuolat kinta susidariusios bangos poliarizacija. Tam tikromis sąlygomis krintančios bangos tiesinė poliarizacija išsaugoma, tačiau sklidimo metu poliarizacijos plokštuma sukasi (žr. Poliarizacijos plokštumos sukimasis ). Bendru atveju abiejų bangų poliarizacija yra elipsinė.

Radijo bangų sklaida. Be taisyklingos elektronų koncentracijos priklausomybės iš aukščio ( ryžių. 12 ), jonosferoje nuolat vyksta atsitiktiniai koncentracijos pokyčiai. Jonosferos sluoksnyje yra daug nevienalyčių įvairaus dydžio darinių, kurios nuolat juda ir kinta, tirpsta ir vėl atsiranda. Dėl to, be pagrindinio atspindėto signalo, į priėmimo tašką patenka daug išsklaidytų bangų ( ryžių. 13 ), kurio pridėjimas sukelia išblukimą – chaotiškus signalo pokyčius.

Nehomogeniškų darinių egzistavimas lemia difuzinio radijo bangų atspindžio galimybę dažniais, kurie yra daug aukštesni už didžiausius atspindžio iš įprastos jonosferos dažnius. Panašiai kaip sklaida ant troposferos nehomogeniškumo, šis reiškinys sukelia tolimą Radijo bangų sklidimas(metro diapazonas).

Būdingi nevienalyčiai dariniai susidaro jonosferoje įsibrovus į ją meteoritai. Karšto meteorito skleidžiami elektronai jonizuoja aplinką, už skrendančio meteorito suformuodami pėdsaką, kurio skersmuo sparčiai didėja dėl molekulinės difuzijos. Jonizuoti takai kuriami 80-120 aukštumų diapazone km, jų egzistavimo trukmė svyruoja nuo 0,1 iki 100 sek. Radijo bangos puikiai atsispindi nuo meteorų pėdsakų. Šio proceso efektyvumas priklauso nuo meteorito masės.

nelinijiniai efektai. Nelabai didelės galios signalams dvi radijo bangos sklinda per tą pačią jonosferos sritį, nepriklausomai viena nuo kitos (žr. Superpozicijos principas ), jonosfera yra linijinė terpė. Dėl galingų radijo bangų, kai laukas E bangos yra panašios į būdingą "plazmos lauką" E jonosferos p, e ir s pradeda priklausyti nuo sklindančios bangos lauko stiprumo. Linijinis ryšys tarp elektros srovės ir lauko nutrūksta E.

Jonosferos netiesiškumas gali pasireikšti 2 signalų kryžminiu moduliavimu ( Liuksemburgas – Gorkio efektas ) ir galingos bangos „savaime“, pavyzdžiui, pasikeitus signalo, atsispindėjusio iš jonosferos, moduliacijos gyliui.

Skirtingų diapazonų radijo bangų sklidimo jonosferoje ypatumai. Pradedant nuo VHF, per jonosferą praeina bangos, kurių dažnis yra didesnis už didžiausią naudojamą dažnį (MUF). Bangos, kurių dažnis yra žemiau MUF, atsispindinčios nuo jonosferos, grįžta į Žemę. Tokios radijo bangos vadinamos jonosferinėmis ir naudojamos tolimojo nuotolio radijo ryšiui Žemėje. Jonosferos bangų diapazoną iš apačios riboja sugertis. Todėl ryšys naudojant jonosferos bangas vykdomas trumpųjų bangų diapazone ir naktį (sugertis mažėja) vidutinių bangų diapazone. diapazonas Radijo bangų sklidimas su vienu atspindžiu iš jonosferos ~ 3500-4000 km, nes kritimo kampas j jonosferoje yra ribotas dėl Žemės išsipūtimo: švelniausias spindulys liečia Žemės paviršių ( ryžių. keturiolika ). Ryšys dideliais atstumais vyksta dėl kelių atspindžių iš jonosferos ( ryžių. 15 ).

Ilgos ir superilgos bangos praktiškai neprasiskverbia į jonosferą, atsispindi nuo jos apatinės ribos, kuri yra tarsi sferinio radijo bangolaidžio siena (Žemė tarnauja kaip antroji bangolaidžio siena). Antenos skleidžiamos bangos tam tikrame Žemės taške apeina ją visomis kryptimis ir susilieja į priešingą pusę. Bangų pridėjimas šiek tiek padidina lauko stiprumą priešingame taške (antipodo poveikis, ryžių. 16 ).

Garso dažnių radijo bangos gali prasiskverbti pro jonosferą pagal Žemės magnetinio lauko jėgos linijas. Sklindanti išilgai magnetinio lauko linijos, banga nukeliauja atstumą, lygų keliems Žemės spinduliams, o tada grįžta į konjuguotą tašką, esantį kitame pusrutulyje ( ryžių. 17 ). Žaibo išlydžiai troposferoje yra tokių bangų šaltinis. Aprašytu būdu skleisdami jie sukuria signalą su būdingu švilpuku imtuvo įėjime (švilpimas atmosferos ).

Infragarsinių dažnių radijo bangoms, kurių dažnis mažesnis už jonų giroskopinį dažnį, jonosfera elgiasi kaip laidus neutralus skystis, kurio judėjimas aprašomas lygtimis. hidrodinamika. Dėl Žemės magnetinio lauko buvimo bet koks laidžios medžiagos poslinkis, sukuriantis elektros srovę, yra lydimas Lorenco jėgų, kurios keičia judėjimo būseną, atsiradimą. Sąveika tarp mechaninių ir elektromagnetinių jėgų sukelia atsitiktinai sugeneruoto judesio judėjimą jonizuotose dujose išilgai magnetinio lauko linijų, t. y. atsiranda magnetohidrodinaminės (Alfveno) bangos, kurios sklinda išilgai magnetinio lauko linijų 4,5 × 10 4 m/sek(r – jonizuotų dujų tankis).

Kosminis radijo ryšys. Kai vienas iš korespondentų yra Žemėje, bangų ilgių diapazonas, tinkamas ryšiui su kosminiu objektu, nustatomas pagal praėjimo per Žemės atmosferą sąlygas. Kadangi radijo bangos, kurių dažnis< МПЧ (5-30 MHz), nepraeina pro jonosferą, o bangos, kurių dažnis > 6-10 GHz yra absorbuojami troposferoje, tada bangas iš kosminio objekto Žemėje galima priimti dažniais nuo ~ 30 MHz iki 10 GHz Tačiau net ir šiame diapazone Žemės atmosfera nėra visiškai skaidri radijo bangoms. Poliarizacijos plokštumos sukimasis, kai jis eina per jonosferą, kai gaunamas ant įprastos antenos, sukelia nuostolius, kurie mažėja didėjant dažniui. Tik esant > 3 dažniams GHz jų galima nepaisyti ryžių. aštuoniolika ). Šios sąlygos nustato radijo bangų diapazoną tolimojo ryšio VHF ryšiu naudojant palydovus.

Norint susisiekti su objektais, esančiais kitose planetose, taip pat reikia atsižvelgti į absorbciją šių planetų atmosferoje. Bendraujant tarp dviejų erdvėlaivių už planetų atmosferos ribų, milimetrinės ir šviesos bangos įgyja ypatingą reikšmę, suteikdamos didžiausią ryšio kanalų pajėgumą (žr. optinis ryšys ). Išsami proceso informacija Radijo bangų sklidimas kosmose duoda radijo astronomija .

Požeminis ir povandeninis radijo ryšys.Žemės pluta, taip pat jūrų ir vandenynų vandenys yra laidūs ir stipriai sugeria radijo bangas. Nuosėdinėms uolienoms žemės plutos paviršiniame sluoksnyje s » 10 -3 -10 -2 ohm -1 m -1 . Šiose terpėse banga praktiškai susilpnėja £ l atstumu. Be to, terpėje su dideliu s sugerties koeficientas didėja didėjant dažniui. Todėl požeminiam radijo ryšiui daugiausia naudojamos ilgosios ir itin ilgos bangos. Povandeniniame ryšyje kartu su itin ilgomis bangomis naudojamos optinio diapazono bangos.

Ryšio sistemose tarp požeminių ar povandeninių taškų gali būti naudojamas dalinis sklidimas Žemės ar jūros paviršiumi. Vertikaliai poliarizuota banga, sužadinta požeminės perdavimo antenos, sklinda į Žemės paviršių, lūžta Žemės ir atmosferos sąsajoje, sklinda išilgai Žemės paviršiaus, o po to ją priima požeminė priėmimo antena ( ryžių. 19 ). Antenų panardinimo gylis siekia dešimtis m. Tokio tipo sistemos suteikia asortimentą iki kelių šimtų km ir yra naudojami, pavyzdžiui, ryšiui tarp požeminių valdymo punktų paleidžiant raketas. Kitų tipų sistemose naudojami požeminiai bangolaidžiai – žemo plutos sluoksniai, kurių laidumas ir, atitinkamai, maži nuostoliai. Šios veislės apima akmens druska , kalio ir kt. Šios uolienos randamos iki šimtų gylyje m ir suteikti diapazoną Radijo bangų sklidimas iki kelių dešimčių km. Tolesnė šios krypties plėtra yra kietų uolienų (granitų, gneisų, bazaltų ir kt.), esančių dideliame gylyje ir mažo laidumo, naudojimas ( ryžių. dvidešimt ). 3-7 gylyje km s gali sumažėti iki 10 -11 ohm -1 m -1 . Toliau didėjant gyliui, kylant temperatūrai, susidaro jonizacija (apversta jonosfera) ir padidėja laidumas. Kelių storio požeminis bangolaidis km, kurioje galima Radijo bangų sklidimas kelių tūkstančių atstumu km. Viena iš pagrindinių požeminių ir povandeninių komunikacijų problemų yra spinduliuotės ir energijos perdavimo iš antenos , esantis laidžioje terpėje.

Požeminių ryšių sistemų pranašumas yra jų nepriklausomybė nuo audrų, uraganų ir dirbtinio naikinimo Žemės paviršiuje. Be to, dėl viršutinių laidžių nuosėdinių uolienų ekranavimo efekto požeminės komunikacijos sistemos turi didelį atsparumą triukšmui nuo pramoninio ir atmosferinio triukšmo.

Lit.: Feinberg E. L., Radijo bangų sklidimas žemės paviršiumi, M., 1961; Alpert Ya. L., Elektromagnetinių bangų ir jonosferos plitimas, M., 1972; Gurevich A. V., Shvartsburg A. B., Netiesinė radijo bangų sklidimo jonosferoje teorija, M., 1973; Brekhovskikh L. M., Bangos sluoksniuotoje terpėje, 2 leidimas, M., 1973; Tatarsky V.I., Bangų plitimas neramioje atmosferoje, M., 1967; Černovas L. A., Bangų plitimas atsitiktinių nehomogeniškumo terpėje, Maskva, 1958; Ginzburg V. L., Elektromagnetinių bangų plitimas plazmoje, M., 1967; Makarovas G.I., Pavlovas V.A., Darbų, susijusių su radijo bangų sklidimu po žeme, apžvalga. Radijo bangų difrakcijos ir sklidimo problemos, Šešt. 5, L., 1966; Dolukhanovas M.P., Radijo bangų plitimas, 4 leidimas, M., 1972; Haveley N. P., Nikitinas L. M., Požeminės radijo ryšio sistemos, Užsienio radijo elektronika, 1963, Nr. 10; Gabilard [R.], Degok [P.], Waite [J.], Radijo ryšys tarp požeminių ir povandeninių taškų, ten pat, 1972, Nr. 12; Ratcliff J.A., Magneto jonų teorija ir jos taikymas jonosferoje, trans. iš anglų kalbos, M., 1962 m.
Ryžiai. 19. Požeminio ryšio sistema su daliniu radijo bangų sklidimu žemės paviršiumi. Antrinės bangos vaizduojamos sąlygiškai.

Straipsnis apie žodį Radijo bangų sklidimas“ Didžiojoje sovietinėje enciklopedijoje buvo perskaityta 36260 kartų

Manau, visi pasuko radijo rankenėlę, perjungdami „VHF“, „DV“, „SV“ ir girdėjo šnypštimą iš garsiakalbių.
Tačiau, be santrumpų iššifravimo, ne visi supranta, kas slypi už šių raidžių.
Pažvelkime atidžiau į radijo bangų teoriją.

Radijo banga

Bangos ilgis (λ) yra atstumas tarp gretimų bangų keterų.
Amplitudė (a) – didžiausias nuokrypis nuo vidutinės reikšmės svyruojant judesiui.
Periodas (T) – vieno pilno svyruojančio judesio laikas
Dažnis(v) – užbaigtų ciklų skaičius per sekundę

Yra formulė, leidžianti nustatyti bangos ilgį pagal dažnį:

Kur: bangos ilgis (m) yra lygus šviesos greičio (km/h) ir dažnio (kHz) santykiui

"VHF", "DV", "SV"

Itin ilgos bangos- v = 3-30 kHz (λ = 10-100 km).
Jie linkę prasiskverbti giliai į vandens storymę iki 20 m, todėl yra naudojami bendrauti su povandeniniais laivais, be to, valtis neturi plaukti iki tokio gylio, pakanka išmesti radijo plūdurą iki tokio lygio.
Šios bangos gali sklisti iki žemės gaubto, atstumo tarp žemės paviršiaus ir jonosferos, joms yra „bangos vadovas“, kuriuo jos sklinda netrukdomos.

Ilgos bangos(LW) v = 150-450 kHz (λ = 2000-670 m).


Šio tipo radijo bangos turi galimybę lenktis aplink kliūtis ir yra naudojamos ryšiui dideliais atstumais. Jis taip pat turi silpną prasiskverbimo galią, todėl jei neturite išorinės antenos, greičiausiai negalėsite paimti jokios radijo stoties.

vidutinės bangos(MW) v = 500-1600 kHz (λ = 600-190 m).


Šios radijo bangos gerai atsispindi nuo 100-450 km atstumu virš žemės paviršiaus esančios jonosferos, kurių ypatumas yra tas, kad dienos metu jas sugeria jonosfera ir neatsispindi atspindžio efektas. Šis efektas naudojamas praktiškai bendraujant, dažniausiai kelis šimtus kilometrų naktį.

trumpos bangos(HF) v= 3-30 MHz (λ = 100-10 m).

Kaip ir vidutinės bangos, jos gerai atsispindi nuo jonosferos, tačiau skirtingai nuo jų, nepriklausomai nuo paros laiko. Jie gali sklisti dideliais atstumais (kelis tūkstančius km) dėl atspindžių nuo jonosferos ir žemės paviršiaus, toks sklidimas vadinamas šuoliu. Tam nereikia didelės galios siųstuvų.

Ultra trumpos bangos(VHF) v = 30 MHz - 300 MHz (λ = 10-1 m).


Šios bangos gali apeiti kelių metrų dydžio kliūtis, taip pat turi gerą prasiskverbimo galią. Dėl tokių savybių šis diapazonas plačiai naudojamas radijo laidoms. Trūkumas yra gana greitas jų slopinimas susidūrus su kliūtimis.
Yra formulė, leidžianti apskaičiuoti ryšio diapazoną VHF juostoje:

Taigi, pavyzdžiui, transliuojant iš 500 m aukščio Ostankino televizijos bokšto į 10 m aukščio priėmimo anteną, ryšio nuotolis esant tiesioginiam matomumui bus apie 100 km.

Aukšti dažniai (HF centimetrų diapazonas) v = 300 MHz – 3 GHz (λ = 1-0,1 m).
Jie neapeina kliūčių ir turi gerą įsiskverbimo gebėjimą. Naudojamas korinio ryšio tinkluose ir wi-fi tinkluose.
Dar viena įdomi šio diapazono bangų savybė – vandens molekulės sugeba maksimaliai sugerti savo energiją ir paversti ją šiluma. Šis efektas naudojamas mikrobangų krosnelėse.
Kaip matote, wi-fi įranga ir mikrobangų krosnelės veikia tame pačiame diapazone ir gali paveikti vandenį, todėl nereikėtų ilgai miegoti apsikabinę su wi-fi maršrutizatoriumi.

Itin aukšti dažniai (EHF milimetrų diapazonas) v = 3 GHz - 30 GHz (λ = 0,1-0,01 m).
Atsispindi beveik visos kliūtys, laisvai prasiskverbia į jonosferą. Dėl savo savybių jie naudojami kosminėse komunikacijose.

AM-FM

Dažnai priėmimo įrenginiai turi am-fm jungiklio padėtis, kas tai yra:

ESU- amplitudės moduliacija

Tai yra nešlio dažnio amplitudės pokytis veikiant kodavimo bangos formai, pavyzdžiui, balsui iš mikrofono.
AM yra pirmasis žmogaus išrastas moduliacijos tipas. Tarp trūkumų, kaip ir bet kuris analoginis moduliacijos tipas, jis turi mažą atsparumą triukšmui.

FM- dažnio moduliacija


Tai yra nešlio dažnio pokytis veikiant kodavimo bangai.
Nors tai taip pat yra analoginio tipo moduliacija, ji turi didesnį atsparumą triukšmui nei AM, todėl yra plačiai naudojama TV ir VHF transliacijų garso takelyje.

Tiesą sakant, aprašyti moduliavimo tipai turi porūšius, tačiau jų aprašymas nėra įtrauktas į šio straipsnio medžiagą.

Daugiau terminų

Trukdymas- dėl bangų atspindžių nuo įvairių kliūčių bangos sumuojasi. Sudėjus tose pačiose fazėse, pradinės bangos amplitudė gali padidėti, sudėjus priešingose ​​fazėse, amplitudė gali sumažėti iki nulio.
Šis reiškinys ryškiausias priimant VHF FM ir TV signalus.


Todėl, pavyzdžiui, patalpose, priėmimo kokybė ant patalpų TV antenos stipriai „plaukia“.

Difrakcija- reiškinys, atsirandantis radijo bangai susidūrus su kliūtimis, dėl kurių banga gali keisti amplitudę, fazę ir kryptį.
Šis reiškinys paaiškina ryšį su SW ir SW per jonosferą, kai banga atsispindi nuo įvairių nehomogeniškumo ir įkrautų dalelių ir taip keičia sklidimo kryptį.
Tas pats reiškinys paaiškina radijo bangų galimybę sklisti be tiesioginio matomumo, lenkiant aplink žemės paviršių. Norėdami tai padaryti, bangos ilgis turi būti proporcingas kliūtims.

PS:

Tikiuosi, kad mano aprašyta informacija bus naudinga ir padės suprasti šią temą.