Характеристики на разпространението на радиовълните - Studiopedia
Класификация на радиовълните
Обичайно е да наричаме радиовълни електромагнитни трептения, разпространяващи се в свободното пространство със скорост около 300 хиляди km / s. Дължината на радиовълните е не по-малка от 0,5 mm (честота не повече от 6 × 10 12 Hz).
Електромагнитните вълни са комбинация от трептения на електрическиE и магнитниH полета (фиг. 1).
Силовите вектори на електрическотоE и магнитнотоH полета са перпендикулярни един на друг и лежат в равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на вълнатаX,, т.е.
.
Посоката на вектораX се определя от правилото на гимлета с дясна резба: посоката на вектораX съвпада с постъпателното движение на гимлета, ако се върти в посока отE къмH.
Фиг.2. Видове поляризация на радиовълните
Моделът на разпространение на вертикално поляризирана радиовълна по оста X е условно показан на фиг.1.
Радиовълните също се класифицират според тяхната дължина на вълната. Разстоянието, което една вълна изминава за един период на трептене, се нарича дължина на вълната.
където: c е скоростта на светлината; T е периодът, а f е честотата на електромагнитните трептения.
Ориз. 3. Класификация на радиовълните в зависимост от дължината на вълната
Радиовълните от всеки от диапазоните имат свои собствени характеристики на разпространение, дължащи се на структурата на атмосферата (фиг. 4) и влиянието на земната повърхност.
долен слойатмосферата, непосредствено прилежаща към повърхността на Земята и простираща се на височина до 10-15 km, се нарича тропосфера. В тропосферата се образуват облаци, падат валежи, възникват ветрове и въздушни течения. Състоянието на въздуха в тропосферата се характеризира с параметри като налягане, температура и влажност.
С увеличаване на височината над земната повърхност плътността на въздуха намалява, влажността и температурата намаляват, но понякога могат да се появят обратни явления, които засягат разпространението на ултракъси вълни. Проводимостта на въздуха е много ниска, така че радиовълните с дължина над 0,3 m практически не се абсорбират в тропосферата. Отвъд тропосферата има слой, наречен стратосфера, който се простира на височина до 60 km. В този слой въздухът е в още по-разредено състояние, но неговата проводимост е ниска и не влияе на разпространението на радиовълните.
На разстояние 60 км или повече от Земята (400-600 км) йоносферата се простира. Под въздействието на ултравиолетовите и космическите лъчи се йонизират слънцето и звездите, потоците от космически частици, излъчвани от космическите тела, газовете. В този случай йоносферата става проводима. Проводимостта на йонизирана среда се определя от броя на електроните в 1 cm 3 газ, т.е. електронна плътност. Електронната плътност намалява със залез слънце.
Степента на йонизация на височина не е постоянна, но на определени височини се наблюдава максимум на йонизация. Това се дължи на хетерогенността на слоестата структура на йоносферата, която влияе по различен начин върху разпространението на радиовълни с различна дължина.
В йоносферата се разграничават четири слоя: D, E, F1 и F2, които в зависимост от слънчевата активност са разположени съответно на височини 60-90; 90-150; 160-200; 220-320 км. Най-долният слой D съществувасамо през светлата част на деня и е основната поглъщаща област за къси и средни вълни и отразяваща за дълги вълни. Слоят E има много последователно свойство: той отразява средните вълни (а също и дългите вълни през нощта) и в някои случаи късите вълни. Слоят F през деня през летните месеци от своя страна се състои от два слоя: слой F1, който има общи свойства със слоя E, и слой F2, който е основният отразяващ слой за къси вълни. През останалото време се наблюдават само отразяващите свойства на слоя F2. Този слой се използва за осигуряване на радиокомуникации на дълги разстояния. Височината му и концентрацията на електрони в него се променят през деня и зависят от сезона.
Разпространението на радиовълните в атмосферата се придружава от следните явления:
1. Дифракция на радиовълни - феноменът на радиовълни, които се огъват около препятствия по пътя на разпространение. Дифракцията е толкова по-малка, колкото по-къса е дължината на вълната.
2. Промяна (кривина) на посоката на разпространение на радиовълни в нехомогенна среда поради пречупване (пречупване) и отражение на радиовълни от нехомогенности.
Радиовълните се разпространяват във въздуха по права линия. Въпреки това, ако слоевете на атмосферата се различават един от друг по плътност, техните електрически характеристики също ще се различават, по-специално диелектричната константа. Радиовълните ще бъдат пречупени, т.е. техният път на разпространение е крив. Феноменът на кривина на посоката на разпространение на радиовълните в нехомогенна среда се нарича атмосферна рефракция. Ако диелектричните плътности на средата, в която се разпространяват радиовълните, са много различни една от друга (например "въздух - земя", "въздух - вода"), радиовълните ще претърпят не само пречупване, но и отражение. В този случай, точно както в геометричната оптика, ъгълът на падане ще бъде равен на ъгълаотражения.
3. Интерференция на радиовълни - събиране на две или повече вълни, при което в различни точки на пространството се получава увеличаване или намаляване ("затихване") на амплитудата на получената вълна в зависимост от съотношението между фазите на тези вълни.
При интерференция на две вълни максимумите на интерференция се намират в онези точки, в които трептенията, съответстващи на двете вълни, възникват с фазова разлика, равна на 0 или кратна на 2π. Интерференционните минимуми се намират в точките, където фазовата разлика на трептенията е равна на нечетно число π.
4. Разсейване и затихване на радиовълните в атмосферата.
Разсейване на енергия. С увеличаване на разстоянието от излъчвателя (антената) плътността на енергийния поток в определената точка на пространството намалява. За да разкрием тази зависимост, приемаме, че цялата мощност, излъчвана от антената, се разпределя равномерно във всички посоки, без да изпитва поглъщане. Ако приемем съществуването на някаква сферична повърхност около антената, мощността, преминаваща през единичната повърхност на сферата, в центъра на която е разположен излъчвателят, ще се определя от стойността на модула на вектора на Умов-Пойнтинг:
където: P - плътност на енергийния поток, W / m 2;
P∑ - мощност, излъчвана от антената, W;
r е разстоянието от излъчвателя до приемната точка, m.
Така стойността на плътността на енергийния поток на радиовълните с увеличаване на разстоянието от антената намалява пропорционално на квадрата на разстоянието.
Когато радиовълните се разпространяват, тяхната енергия за разглежданата точка от терена непрекъснато намалява, не само поради явлението разсейване. Част от енергията на радиовълните се губи по време на образуването на проводими токове в почвата и в различни метални предмети, тъй като под въздействието на променящите се електрически и магнитни полета в проводницитевъзниква електрически ток с вихров характер, чиято енергия частично се превръща в топлина. Феноменът на преобразуване на енергията на радиовълните в други форми на енергия се нарича абсорбция на енергия. В резултат на това радиовълните се отслабват.
Тези свойства определят разпространението на радиовълните по земната повърхност или чрез множество отражения от Земята и от йоносферата (фиг. 4). В това отношение се разграничават повърхностни и пространствени радиовълни.
Свойствата на радиовълните обикновено се проявяват по различен начин в зависимост от дължината на вълната.
Дългите вълни имат силно изразена дифракция около повърхността на Земята и големи препятствия, добре се отразяват от йоносферата и Земята. За тях загубите на енергия в атмосферата и земната повърхност са малки. Следователно дългите вълни се разпространяват на доста големи разстояния под формата на повърхностни (до хиляда km) и пространствени (хиляди km) вълни, както е показано на фиг.5.
Фиг.4. Видове радиовълни
Средните вълни са дифракционни и могат да бъдат пречупени в йоносферата и отразени от Земята. Следователно те също се разпространяват под формата на повърхностни и пространствени вълни (фиг. 6).
 |
Фиг.5. Разпространение на дълги вълни
 |
Дифракцията им обаче е по-слабо изразена и затихването в земната повърхност е по-голямо. Следователно обхватът на стабилни радиокомуникации на средни вълни е малко по-малък от дългите.
Късите вълни се характеризират с пречупване в йоносферата и отражение от Земята. Тъй като късите вълни имат малка дифракция, те се разпространяват главно под формата на небесни вълни (фиг. 7). Комуникационният обхват е хиляди километри дори при ниско нивомощност на предавателя. Практическото използване на късите вълни обаче е трудно поради следните явления:
 |
1. Наличието на така нареченото затихване (затихване), което нарушава стабилността на радиокомуникациите. Това се дължи на факта, че полето в приемащата точка е резултат от интерференцията на различни вълни. Фазите на тези вълни могат да бъдат различни или произволно да се променят, когато състоянието на атмосферата се промени. Поради това е възможно намаляване на нивото и дори загуба на сигнал в приемащата точка.
 |
Не намерихте това, което търсихте? Използвайте търсачката:
Деактивирайте adBlock! и обновете страницата (F5)наистина е необходимо